Оценка эффективности применения твердосплавных электроэрозионных порошков при реновации деталей автотракторной техники наплавкой

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННЫХ ПОРОШКОВ ПРИ РЕНОВАЦИИ ДЕТАЛЕЙ АВТОТРАКТОРНОЙ ТЕХНИКИ НАПЛАВКОЙ

Е.В. Агеева, Е.В. Агеев

Аннотация. В статье представлена эффективная технология восстановления распределительного вала, обеспечивающей надлежащее качество восстановленной детали, необходимое для эффективной организации эксплуатации автобусов Ikarus.

Ключевые слова: распределительный вал, отходы твердых сплавов, электроэрозионное диспергирование, наноразмерные частицы карбида вольфрама.

Реновация деталей автотракторной техники обеспечивает экономию высококачественного металла, топлива, энергетических и трудовых ресурсов, а также рациональное использование природных ресурсов и охрану окружающей среды. Для восстановления работоспособности изношенных деталей требуется в 5... 8 раз меньше технологических операций по сравнению с изготовлением новых деталей.

По данным ГОСНИТИ 85 % деталей восстанавливают при износе не более 0,3 мм, т. е. их работоспособность восстанавливается при нанесении покрытия незначительной толщины. Так, например, для рассмотренного в работе распределительного вала двигателя семейства Raba-MAN массовый износ, приводящий к потере работоспособности детали, составляет в экстремальном случае всего 0,19%.

Несмотря на то, что изложенные выше факты давно понимаются большинством специалистов, возможность восстановления детали, зачастую рассматривают как некий компромиссный вариант. Ресурс восстановленных деталей по сравнению с новыми деталями во многих случаях остаётся низким. Однако, выбор эффективного способа восстановления, а также подбор оптимальных режимов позволяют добиваться ресурса восстановленных деталей, сопоставимого, а зачастую и превосходящего ресурс исходных.

Наиболее остро стоит вопрос восстановления деталей импортных автомобилей. В ряде случаев производитель предлагает приобретать отказавшие узлы целиком, и в этом случае возможность восстановить изношенную деталь становится единственным экономически оправданным решением.

Примером такого подхода производителя могут служить крайне распространенные на территории быв-

шего СССР автобусы Ikarus. Анализ рынка показывает, что, в частности, по распределительному валу двигателя куда больше предложений по восстановлению или продаже восстановленного вала, чем предложений о продаже оригинальной детали.

Цель данной работы являлась разработка эффективной технологии восстановления распределительного вала, обеспечивающей надлежащее качество восстановленной детали, необходимое для эффективной организации эксплуатации автобусов Ikarus.

Объектом реновации является распределительный вал шестицилиндрового дизельного двигателя семейства Raba-MAN (устанавливаемый, в частности на автобусы Ikarus).

Вал изготовлен из стали 40Г. Размеры и требования к поверхностям опорных шеек представлены на рисунке 1.

Коэффициент повторяемости дефекта по кулачкам - 0,65; по опорным шейкам - 0,25; по изгибу - 0,21. Максимальный износ кулачков по высоте достигает до 3-5 мм, а опорных шеек - до 0,25 мм на диаметр.

Микрометраж распределительных валов двигателя Raba-MAN показал, что износ кулачков сосредотачивается в области примыкающей к вершине кулачка и не превышает 0,5 мм в пределах ±20-25° относительно вершины. Максимальная величина износа находится непосредственно на вершине кулачка и составляет в пределах 80% - 1,0-2,0 мм. В некоторых случаях в пределах 20% износ может достигать 5,0 мм. Количество изношенных кулачков на одном распределительном валу варьирует в пределах от двух до двенадцати.

Посадочные места под подшипники изнашиваются менее интенсивно, максимальный износ от номинала составляет 0,05-0,1 мм. 60-80% валов имеют износ только средних посадочных поверхностей, в то время как крайние находятся в поле допустимых без ремонта.

Износ опорных шеек распределительного вала приводит к люфту в газораспределительном механизме, что губительно сказывается на работе двигателя в целом. Отклонение формы и размеров опорной поверхности, а также прогиб вала, очевидно, являются критическими параметрами.

чгт: J

Рисунок 1 - Чертёж распределительного вала шестицилиндрового дизельного двигателя семейства Raba-MAN

По характеру износа кулачков - выкрашивание металла вследствие значительных переменных нагрузок -можно сделать вывод о контактной усталости поверхностных слоев металла, вызывающих образование лунок на поверхности, ускоряющих процесс износа, приводящих к нарушению размерной цепи кулачок - толкатель - штанга - коромысло и, следовательно, к потере мощности двигателя.

По данным работ, выполняемых в ГОСНИТИ, были получены следующие данные по износу кулачков: 8,5% кулачков имеют аварийный износ; 27,6% и 13% годные для ремонта (наплавке) и 33,4% - годные без ремонта. Износ посадочных мест под подшипники достигает максимально 30 мкм, в то время как по техническим условиям его допустимая величина составляет 14-16 мкм. Наиболее подвержены износу 2-я и 3-я шейки -почти 80% распределительных валов, что, по-видимому, связано с недостаточной общей жесткостью конкретного двигателя.

Исходя из вышеизложенного, и с учётом мелкосерийного характера предполагаемого ремонтного производства выбор был сделан в пользу электродуговой наплавки, которая при максимальной простоте процесса и дешевизне применяемых материалов и оборудования является одним из самых эффективных способов. Как отмечалось выше, кулачки распределительного вала, восстановленные методом электродуговой наплавки, имеют низкий ресурс. Поэтому для улучшения качеств поверхности наплавленного слоя вместо электродов марки ОЗШ-6 были применены полые электроды в стандартной обмазке, содержащие порошок с включением наноразмерных частиц твердого сплава ВК8 (рисунок 2). Наноразмерные частицы карбида вольфрама получали электроэррозионным диспергированием (ЭЭД) отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов, в частности ВК8 [1-3].

С целью широкого внедрения в ремонтную практику технологического процесса восстановления распределительных валов за критерии были взяты доступность и дешевизна метода наплавки и механической обработки, простота процесса, большая отдача с квадратного метра производственного участка, быстрая самоокупаемость. Таким критериям (исходя из литературных источников и практического опыта) соответствует электродуговой наплавки для восстановления кулачков распределительных валов и электроконтактная приварка ленты на посадочные поверхности.

С помощью сварочного выпрямителя ВД-306 на посту дуговой наплавки на кулачок распредвала при силе тока 200 А был наплавлен специально изготовленный электрод полого типа с порошком, полученным методом ЭЭД из сплава ВК8. Далее с помощью абразивных установок был изготовлен шлиф, отполированный с помощью пасты Сг02. Путем травления 6-ти процентной

азотной кислотой была выявлена структура, в дальнейшем изученная с помощью микроскопа МИМ-7, имеющего кратность х 450. Фотография шлифа с обозначением изученных зон представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Протравленный шлиф с обозначением исследованных зон

Фотографии микроструктур исследованных зон шлифа представлены на рисунке 4.

Зона 1 и зона 2 представляют собой наплавленный материал, зона 3 - переходная, здесь четко видна линия сплавления. Остальные зоны (4-7) представляют собой материал подложки. На фотографиях микроструктур видно, что зерна наплавленного слоя меньше зерен переходного слоя и подложки. Данный факт не мог отразиться на свойствах исследуемых зон.

С помощью твердомера марки ТК-2 была определена твердость наплавленного валика и твердость подложки. По результатам нескольких измерений получили следующие значения: твердость наплавленного валика 37...42 HRC, твердость подложки 22...25 HRC. Как видно из проведенных испытаний, твердость поверхности благодаря наплавлению наноразмерных частиц возросла в 1,6 ... 1,8 раз.

Испытания на микротвёрдость наплавленного слоя, проводили на приборе ПМТ-3 квадратной алмазной пирамидкой с углом при её вершине 136°. Нагрузка на индентор составляла 1,0 Н.

Результаты измерений микротвердости следующие:

- микротвердость подложки НV = 170 МПа;

- микротвердость переходной зоны НV = 230 МПа;

- микротвердость наплавленного слоя НУ = 340 МПа.

Зона 7

Рисунок 4 - Микроструктуры исследуемых зон

Экспериментально установлено, что микротвер- Список использованных источников

дость наплавленного слоя за счет использования при 1 Агеев Е.В., Сальков М.Е Особенности технологии по-

наплавке наноразмерных частиц увеличилась в 1,9 раза. лучения порошковых наплавочных материалов методом элек-

Проведенные исследования доказывают эффектив- троэрозионного диспергирования отходов твердых сплавов

ность реновации деталей автомобилей за счет исполь- для наплавки шеек коленчатых валов // Технология металлов.

зования в технологических процессах наноразмерных - 2008. -№5. - С. 34-37.

твердосплавных порошков, полученных из отходов 2 Агеев Е.В., Латыпов Р.А. Восстановление и упрочне-

вольфрамсодержащего твердого сплава. ние деталей автотракторной техники порошками, получен-

Работа выполнена по теме гранта Президента ными электроэрозионным диспергированием отходов твер-Российской Федерации №МК-1765.2013.8.

дых сплавов // Международный научный журнал. - 2011. - № 5. - С. 103-106.

3 Получение износостойких порошков из отходов твердых сплавов / Е.В. Агеев, Р.А. Латыпов и др. // Заготовительные производства в машиностроении. - 2010. - № 12. - С. 39-44.

Информация об авторах Агеева Екатерина Владимировна, кандидат технических наук, доцент кафедры физической химии и химической технологии ФГБОУ ВПО «Юго-Западный государственный университет», е-mail: ageevа-ev@yandex.ru, тел. 8-904-525-50-70.

Агеев Евгений Викторович, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры автомобилей, транспортных систем и процессов ФГБОУ ВПО «Юго-Западный государственный университет», е-mail: ageev_ev@mail.ru, тел. 8-904-526-55-07.