ТЕХНОЛОГИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ВАЛ-ШЕСТЕРНЯ РЕДУКТОРА, МЕТОДОМ ГАЗОПЛАМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ С ПОСЛЕДУЮЩИМ ОПЛАВЛЕНИЕМ

АННОТАЦИЯ

Разработана технология упрочнения вал-шестерня редуктора методом газопламенного напыления с последующим оплавлением из экспериментальной смеси порошков на основе никеля ПР-Н65Х25С3Р2-20 % и железа ПР-Х4ГСР-80 %. Определены оптимальные режимы напыления: давление кислорода 0,4–0,45 МПа, ацетилена 0,07–0,1 МПа, дистанция напыления 180–200 мм, угол атаки 900, производительность 1,5–2,5 кг/ч, фракция порошка 40–63 мкм. Выявлено, что при применении разработанной технологии, интенсивный износ вал-шестерня редуктора уменьшается –1,4–1,6 раза, значение прочности увеличивается в 1,3 раза, а долговечность (ресурс работы) увеличились в 1,5 раза по сравнению с изготовленным традиционным методом обработки металлов под давлением из материала Сталь 40Х.

ABSTRACT

A technology has been developed for hardening the gear shaft of a gearbox using the method of gas-flame spraying followed by melting from an experimental mixture of nickel-based powders PR-N65Х25С3Р2-20 % and iron PR-Х4ГСР-80 %.

The optimal spraying modes were determined: oxygen pressure 0.4–0.45 MPa, acetylene 0.07–0.1 MPa, spraying distance 180-200 mm, angle of attack 900, productivity 1.5–2.5 kg/h, fraction powder 40–63 microns.

It was revealed that when using the developed technology, intensive wear of the gear shaft of the gearbox decreases by –1.4–1.6 times, strength values ​​increase by 1.3 times, and durability (working life) increases by 1.5 times compared to those manufactured by the traditional processing method. metals under pressure from the material Steel 40X.

Ключевые слова: газопламенное напыление, экспериментальный состав, металлические порошок, оплавление, износостойкость, интенсивный износ, коэффициент трения.

Keywords: gas flame spraying, experimental composition, metal powder, melting, wear resistance, intensive wear, friction coefficient.

Анализ неисправностей в процессе технической эксплуатации редуктора свидетельствует о том, что основная доля отказов – это зубчатое колесо или зубчатый вал.

Виды повреждений зубчатых передач, происходящих в результате изменения геометрии рабочих поверхностей, происходят вследствие механического, абразивного, усталостного изнашивания и схватывания сопряжённых поверхностей, в результате развивается абразивное изнашивание, усталостное выкрашивание, заедание, задиры, сколы, трещины.

Наиболее частыми причинами выхода из строя зубчатых колёс или зубчатого вала являются выкрашивание и механическое изнашивание поверхностей трения [6].

Механическое изнашивание – истирание рабочих поверхностей зубьев в результате царапающего, режущего действия и пластического деформирования твёрдыми частицами, имеющими абразивный характер [1].

Зубчатые передачи, работающие в запылённом воздухе в условиях Средней Азии (пустынно-песчаные), не могут быть полностью изолированы от попадания абразивных частиц между зубьями шестерен даже при наличии уплотнений, воздушных фильтров и других факторов. Это объясняется тем, что мелкие же частицы (кварцевые, например, размером от 5 до 20 мкм) способны длительное время, не оседая, находиться в воздухе, и поэтому они проникают через большинство фильтров. Постепенно внутренний объём картеров и находящееся там масло, особенно при картерной смазке, насыщаются абразивными частицами. Эти частицы по форме бывают сферические, округлые, угловатые, пластинчатые, стержневые, игольчатые, губчатые, дендритные и другие. Среди них самые опасные является угловатые [4].

Основными составляющими пыли являются: двуокись кремния – кварц Si0₂, окись алюминия – глинозем А1₂0₃, окись железа Fe₂0₃, в значительно меньшем количестве – соединения Са, Mg, Na и других элементов. Наиболее распространен в пыли кварц, содержание которого составляет 65–95 %, который имеет формы угловатые и твердость составляет в 2–3 раза выше, чем твердость многих сталей [4].

Проведенный анализ состояния вопроса позволяет сделать вывод о том, что основной причиной этого является абразивное изнашивание зубчатых передач, которое может способствовать развитию остальных видов изнашивания, например, выкрашиванию, пластической деформации и разрушению под действием изгибных усилий [5].

Имеется ряд способов и технологией для восстановления зубчатых передач, среди них самые удобные – это газопламенное напыление, достаточно просто в использовании, при этом стоимость оборудования и затраты на эксплуатацию – низкие, что способствует широкому применению данного метода на практике.

Используя метод газопламенного напыления, можно наносить износостойкие и коррозионностойкие покрытия из различных легированных и высоколегированных сплавов.

Газопламенное напыление относится к одному из самых доступных способов газотермического напыления. Данный вид покрытия предусматривает формирование капель небольшого размера расплавленного металла и их перемещение на поверхность, которая подлежит обработке. Там они удерживаются, создавая сплошное покрытие [2; 3].

Применяя данный метод восстановления деталей, мы можем вернуть деталям их изначальный вид, а в ряде случаев даже значительно повысить их работоспособность.

На основе комплекса научных исследований нами в ГУП «Фан ва тараққиёт» ТГТУ им. Ислама Каримова разработан технологический процесс упрочнения вал-шестерня редуктора газопламенным напылением экспериментальным составом: содержащий механическую смесь порошков на основе никеля ПР-Н65Х25С3Р2-20% и железо ПР-Х4ГСР-80 %, это связано с тем, что порошок ПР-Н65Х25С3Р2 широко используется в качестве износостойких материалов, и данный материал имеет повышенное сопротивление к трению, а материал ПР-Х4ГСР устойчив к абразивному и гидроабразивному износу и служит для напыления плотных твёрдых покрытий для машиностроительного назначения.

Технологический процесс включает в себя следующие основные операции: очистка, абразивно струйная обработка, подготовка под напыление –нанесение подслоя с тонким слоем молибдена, газопламенное напыление, оплавление, механическая обработка, контроль эксплуатационных свойств (рис.1).

Вал-шестерня редуктора очищают от грязи и жировых отложений в синтетических моющих средствах типа Лабомид. Затем осуществляют промывку в холодной воде. Сушку деталей после очистки и промывки проводят в сушильном шкафу при температуре 100–120°С или обдувают сжатым воздухом.

Для получения требуемой шероховатости напыляемую поверхность подвергают абразивно-струйной обработке. Шероховатость поверхности после обработки должна быть Rz = 100…60 мкм. Следы масла или каких-либо других загрязнений на упрочняемой поверхности резко снижают прочность сцепления напыляемого покрытия. В связи с этим подготовленные к напылению рабочие поверхности деталей должны тщательно оберегаться от загрязнений.

Рисунок 1. Структурная схема технологического процесса упрочнения вал-шестерня редуктора методам газопламенного напыления с последующим оплавлением

Для нанесения покрытий применяется газопламенная горелка ГН-2, разработанная НПО «Порошковой металлургии» им. О.В. Романа НАНБ. В качестве горючего газа используется ацетилен баллонный по ГОСТ-5457, транспортирующего газа – кислород баллонный по ГОСТ-5583.

В качестве материала, напыляемого на поверхность стали – Сталь 40Х, применяется порошок экспериментального состава, содержащий механическую смесь порошков ПР-Н65Х25С3Р2-20 % и ПР-Х4ГСР=80 %. Фракция порошка 40–63 мкм. Для подслоя используем порошок молибдена Мо. Повышение адгезии при плохой совместимости материалов используются молибденовый подслой толщиной 50 мкм. В связи с хорошей адгезией молибдена к черным металлам его часто используют для нанесения подслоя, на который потом напыляют слой требуемого материала. Благодаря своим выдающимся металлургическим свойствам молибден обладает хорошей способностью к сцеплению (адгезии). Напыляемые порошки частично привариваются к подложке, обеспечивая высокую адгезию, что идеально подходит для исправления брака, ремонта, снижения допусков.

Сушка порошка проводится в шкафу сушильном СНОЛ-3,5 при температуре t=100–150℃ в интервале 1–1,5 часа. Просев порошка производится на вибросите модели –029М. При газопламенном напылении с последующим оплавлением напыляемую поверхность первоначально нагревают в печи СНОЛ–3,5 до температуры t=150–200°С. Затем устанавливают на рабочем месте. Периодическими нажатиями на рычаг горелки на деталь подают порошок экспериментального состава. Перемещая пламя горелки вдоль упрочняемой поверхности со скоростью 2–3 мм/сек осуществляют равномерное нанесение порошка. Газопламенное напыление производится на следующем режиме: давление кислорода 0,4–0,45 МПа, ацетилена 0,07–0,1 МПа, дистанция напыления 180–200 мм, угол атаки 90⁰, производительность 1,5–2,5 кг/ч, фракция порошка 40–63 мкм.

После напыления порошков покрытие оплавляется той же горелкой с использованием ацетиленокислородного пламени, но без подачи порошка. Участок, покрытый порошком нагревают до полного расплавления всех зерен металла в напиленном слое, в результате получают блестящую поверхность.

Оплавление покрытия проводится при температуре 950–970℃. Упрочненную вал-шестерня редуктора помещают в контейнер с заранее подогретым песком для ее охлаждения до комнатной температуры.

Контроль эксплуатационных свойств показал, что прочность сцепления покрытия полученным ГПН с оплавлением значения прочности увеличивается в 1,3 раза по сравнению традиционным технологиям ГПН.

Таким образом покрытия, полученные газопламенным напылением с последующим оплавлением из материала экспериментального состава, содержащего механическую смесь порошков марки ПР-Н65Х25С3Р2-20%=20% и марки ПР-Х4ГСР=80%. деталей редуктора у вал-шестерня, интенсивный износ уменьшается –1,4–1,6 раза, а долговечность (ресурс работы) увеличились в 1,5 раза по сравнению изготовленным традиционным методом обработки металлов под давлением из материала Сталь 40Х.

Список литературы:

1. Балдаев Л.Х., Буткевич М.Н., Панфилов Е.А., Пузряков А.Ф., Хамицев Б.Г. Перспективы применения газотермического напыления при ремонте и сервисе оборудования жилищно-коммунального хозяйства, текстильной и других отраслей промышленности // Технология машиностроения. – 2006. – № 6. – С. 58–63.
2. Ковтунов А.И., Семистенов Д.А., Нестеренко И.С., Юриков Ю.Ю. Исследование процессов восстановления валов из высоколегированных сталей газопламенным напылением в условиях ОАО "Сибур-Тольятти" // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2018. – Т. 14. – №12. – С. 566–571.
3. Коренев В. Н., Родичев А. Ю., Семенов А. В. Технологические методы, оборудование и материалы для восстановления и упрочнения деталей газопламенным напылением // Труды ГОСНИТИ. – 2013. – Т. 113. – С. 372–378.
4. Кравченко И.Н., Корнеев В.М., Коломейченко А.А. Эффективные технологические методы нанесения покрытий газопламенным напылением // Вестник Орловский аграрный университет. – 2015. – № 1. – С. 36–40.
5. Крагельский И.В., Добычин Н., Комбалов В.С. Основы расчета на трение и износ. – М.: Машиностроение, 1977. – 526 с.
6. Лукьянчикова Ю.А. Анализ материала и шестерни, применяемых в редукторе // Молодой ученый. – 2019. – № 51 (289). – С. 241–243.