УДК 621.793 Нанесение металлических и неметаллических покрытий. Металлизация. Нанесение проводниковых, полупроводниковых, резистивных, диэлектрических, магнитных покрытий и пленок из них
Рассмотрен процесс моделирования и оптимизации технологических параметров при газопламенном напылении порошком Inconel 718 на конструкционную легированную сталь марки 18ХГТ для обеспечения качественных характеристик покрытия.
ГАЗОПЛАМЕННОЕ НАПЫЛЕНИЕ, ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ
1 Состояние вопроса исследования и актуальность работы
Надежность деталей в значительной степени определяется качеством их рабочих поверхностей, обеспечивающих сопротивление разрушению деталей вследствие усталостных, изнашивающих и коррозионных эксплуатационных воздействий [1-3]. К одному из эффективных подходов создания поверхностных слоев относится нанесение покрытий с помощью прогрессивных газотермических методов напыления (ГТН), включающих плазменное, детонационное и газопламенное напыление, электродуговую металлизацию, высокоскоростное газопламенное напыление (HVOF) [4, 5]. Важным в использовании ГТН является возможность оптимизации параметров процессов нанесения и упрочнения покрытий (рисунок 1). Комплексная реализация данных подходов обеспечивает актуальность рассматриваемой задачи с целью получения качественного покрытия. Решение данной задачи предусматривает прежде всего моделирование процесса нанесения покрытия и оптимизацию параметров его режимов.
Рисунок 1 – Классификация прогрессивных газотермических
и плазменных технологий
Актуальность повышения ресурса и необходимость восстановления ответственных деталей обусловлена причинами их интенсивного износа. Это особенно важно для станков, изнашивание ответственных элементов которых приводит к нарушению точности изготовления деталей, а величина износа доходит до 100 % за срок эксплуатации [6]. Известно, что за срок эксплуатации 6-8 лет универсальные металлорежущие станки величина износа и повреждений зубчатых колёс составляет 10 %, шпиндельных подшипников – 80 %, подшипников промежуточных валов ‒ 15 %. При этом с каждым годом эксплуатации станка влияние износа ответственных деталей увеличивает перенос величины износа на точность и качество обработки изделий. Одной из таких деталей является шпиндель металлорежущего станка, величину износа которого условно можно разделить на диапазоны до 0,05 мм на сторону и свыше. Так, одним из способов ремонта изношенной поверхности как компенсации размера с величиной износа до 0,05 мм на сторону является применение тонкостенных компенсационных втулок и колец. При выработке шеек шпинделя до значения 0,005-0,01 мм на сторону ремонт осуществляют притиркой. Другим вариантом восстановления поверхности, при возможности внесений изменений в конструкцию диаметральных размеров отверстий в подшипниках или сопрягающихся со шпинделем деталей, и достижении размера износа шеек свыше 0,01 мм на сторону является шлифование с последующей притиркой или шлифование с последующим хромированием изношенной поверхности. В случае износа, превышающего 0,05 мм на сторону, поверхность шпинделя подвергают наращиванию металлом с последующей механической обработкой. Вместе с тем, к шпинделям металлорежущих станков предъявляют высокие требования по точности, когда отклонение от формы и размеров допускается в узком диапазоне. Так, например, допускаемое отклонение от соосности и цилиндричности посадочных шеек должно быть менее 0,005 мм, а переднее и заднее конические отверстия должны быть концентричны посадочным шейкам с допускаемым биением 0,01÷0,02 мм на 300 мм длины [7, 8]
1. Суслов, А. Г. Инженерия поверхности деталей / А. Г. Суслов, В. Ф. Безъязычный, Ю. В. Панфилов и др. М. : Машиностроение, 2008. - 320 с.
2. Сарбучев, С. Н. Практические применения газотермических технологий нанесения защитных покрытий. Руководство для инженеров [Эл/ ресурс]: компания компании "Термал-Спрей-Тек". М.: 2009.
3. Балдаев, Л.Х. Реновация и упрочнение деталей машин методами газотермического напыления. Москва, Изд-во «КХТ», 2004. - 134 с.
4. Кадырметов, А. М. Современные технологии плазменных и газотермических процессов нанесения покрытий в открытой атмосфере / А. М. Кадырметов, Ю. Э. Симонова, А. А. Плахотин, Д. В. Колмаков // Современные материалы, техника и технология: сборник научных статей 9-й Международной научно-практической конференции (28 декабря 2019 года) / Юго-Зап. гос. ун-т.; в 2-х томах. Том 1. - Курс: Юго-Зап. гос.ун-т, 2019. - С. 226-238.
5. Кравченко, И. Н. Разработка технологии нанесения плазменных покрытий многофункционального назначения / И. Н. Кравченко, М. А. Глинский, Ю. А. Шамарин, Т. А. Чеха // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В. П. Горячкина». 2017. №6(82). - С. 63-71.
6. Каминская, В.В. Станины и корпусные детали металлорежущих станков / В.В. Каминская, З. М. Левина, Д. Н. Решетов. - М.: МАШГИЗ, 1960., 365с.
7. Схиртладзе, А. Г. Технология ремонта шпинделей // Ремонт, восстановление, модернизация. - 2002. - №. 4. - С. 8.
8. Пекелис Г.Д. Технология ремонта металлорежущих станков / Г.Д. Пекелис, Б. Т. Гельберг. - М.: Машиностроение, 1984. - 240 с
9. Nowotnik, A.; Pedrak, P.; Sieniawski, J.; Goral, M.: Mechanical properties of hot deformed Inconel 718 and X750. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. Vol. 50 Issue 2 Febuary 2012 . 74-80.
10. Белый, А.В. Структура и методы формирования износостойких поверхностных слоёв / А. В. Белый, Г. Д. Карпенко, Н. К. Мышкин. - М.: Машиностроение, 1991. - 208 с.
11. Толстов, И. А. Износостойкие наплавочные материалы и высокопроизводительные методы их обработки/ И.А. Толстов, М.Н. Семиколенных, Л.В. Баскаков, В.А. Коротков. М., «Машиностроение», 1992, с
12. Кадырметов, А. М. Управление эффективностью газодинамических процессов газопламенного напыления / А. М. Кадырметов, Ю. Э. Симонова, Е. В. Снятков, А. А. Плахотин // В сборнике: Инновационные технологии в транспортном и химическом машиностроении. Материалы XII Международной научно-технической конференции Ассоциации технологов-машиностроителей. 2020. - С. 45-56.
13. Кудинов, В. В. Нанесение покрытий плазмой / В. В. Кудинов, П. Ю. Пекшев, В. Е. Белащенко и др. - М.: Наука, 1990. - 408 с. - ISBN 5-02-006040-2.
14. Петров, С. В. Плазменное газовоздушное напыление / С. В. Петров, И. Н. Карп. - Киев: Наукова думка. - 1993. - 495 с.
15. Investigation of Droplet Atomization and Evaporation in Solution Precursor Plasma Spray Coating
16. Винокуров, В. А. Теория сварочных деформаций и напряжений / В. А. Винокуров, А.Г. Григорьянц // М.: Машиностроение, 1984.- 280 с.
17. Moradi V., Adamian A., Arab N. B. Investigating of EBW Process Weldment Connections Stresses in ILSF 100 MHz Cavity by Simufact. Welding Software. - 2021.
18. Куземко Р. Д., Наумов В. А., Хоан Х. В. Распределение параметров в турбулентной струе при газовом распылении сплавов //Вестник Приазовского государственного технического университета. Серия: Технические науки. - 1997. - №. 3. - С. 41-49.
19. Хасуй А., Моригаки О. Наплавка и напыление. М.: Машиностроение, 1985. 240 с.
20. Полянин А. Д. Линейные задачи тепло- и массопереноса: Общие формулы и результаты // Теоретические основы химической технологии. -2000. Т. 34. - №6. - С. 563-574.
21. К проблеме неизотермического массопереноса в пористых средах / Н. Н. Гринчик, П. В. Акулич, П. С. Куц, Н. В. Павлюкевич, В. И. Терехов // Инженерно-физический журнал. 2003. - Т. 76. - №6. - С. 129-142.
22. Nguyen Q. B. et al. Characteristics of Inconel powders for powder-bed additive manufacturing, Engineering, 3 (2017) 695-700. DOI: 10. 1016 //J. ENG. - 2017. - Т. 12
23. Ершов Э. Б. Распространение коэффициента детерминации на общий случай линейной регрессии, оцениваемой с помощью различных версий метода наименьших квадратов // Экономика и математические методы. - 2002. - Т. 38. - №. 3. - С. 107-120.
