Использование дуговой наплавки при упрочнении рабочих органов сельскохозяйственных машин

Журнал: «Сельскохозяйственная техника: обслуживание и ремонт», №2, 2017 18:02:00г.

621.791

Strengthening of the working surface paws of cultivators by electric surfacing wear-resistant rollers

The paper presents the results of arc surfacing using cored wire for hardening the working bodies of agricultural machinery. It is shown that surface coatings on the wearing surfaces of the working bodies of the arcuate and annular rollers according to a certain scheme provides a reduction of wear of their working surfaces.

D. B. Slinko,

L. D. Varlamova,

D. M. Nekrasov,

N. E. Mitrofanov

Keywords:tillage tool, cultivating tine, plowshare, chisel, arc surfacing, fl ux-cored electrode, wear resistance, wear rate, automated installation, semi-automatic welding

В процессе эксплуатации рабочие органы почвообрабатывающих машин и агрегатов подвергаются неравномерному изнашиванию, что снижает их ресурс и увеличивает затраты на их замену и обновление [1]. Скорость изнашивания рабочих органов зависит от механического состава почвы, ее плотности в зоне контактного взаимодействия, а также от свойств поверхности трения рабочих органов при относительном перемещении почвы.

Ускоренное изнашивание рабочих органов изменяет конструктивные параметры деталей, снижает качество обработки почвы, увеличивает тяговое сопротивление агрегатов и простои машин, связанные с заменой изношенных деталей. В связи с этим разработка материалов повышенной износостойкости и новых эффективных технологий упрочнения рабочих органов является в настоящее время актуальной задачей.

Основным методом упрочнения деталей рабочих органов почвообрабатывающих машин при их изготовлении является термическая обработка путем закалки и отпуска с нагревом ТВЧ [2].

Для повышения износостойкости деталей в области наибольшей интенсивности трения используют также наплавку твердыми сплавами типа Сормайт-1, ПГ-С27, ФБХ6–2 и др., путем нанесения в виде обмазки или шихты с последующим оплавлением поверхности токами высокой частоты, что обеспечивает самозатачивание почворежущих рабочих органов за счет ускоренного изнашивания несущего слоя по сравнению с наплавленным.

Совершенствование индукционной наплавки твердыми сплавами осуществляют в направлении уменьшения зоны отпуска несущей поверхности закаленных деталей, повышения уровня механизации и автоматизации процесса наплавки.

При восстановлении рабочих органов почвообрабатывающих машин применяют самые разнообразные технические решения, а именно: различные виды износостойкой наплавки электродами Т-590, Т-620 и порошковыми проволоками типа ПП-АН125, ПП-АН170; методы электроконтактной приварки порошковыми материалами, проволокой или лентой; методы напыления с последующим оплавлением покрытий газовым пламенем; плазменную наплавку порошковыми сплавами; электроимпульсное наращивание и электроискровое легирование. На уровне экспериментальных исследований используют процессы пайки и приклеивания твердых сплавов и металлокерамики. Применяют также лазерное и плазменное модифицирование поверхности рабочих органов путем предварительного нанесения порошка износостойкого сплава для получения минимальной зоны отпуска на основном металле [3].

Наиболее универсальной технологией для нанесения износостойких покрытий является дуговая наплавка твердыми сплавами, целесообразность применения которой зависит от степени нагрева упрочняемых деталей и затрат на твердые сплавы. В связи с этим совершенствование наплавочной технологии получения самозатачивающихся лезвий и создание рабочих органов почвообрабатывающих машин повышенной долговечности путем нанесения твердых сплавов является весьма перспективным направлением повышения ресурса почворежущих рабочих органов.

К недостаткам применяемых методов нанесения твердых сплавов относится высокая энергоемкость и увеличенный расход наплавочных материалов, что повышает технологические затраты на упрочнение деталей при их изготовлении.

Одним из перспективным направлением развития технологии упрочнения быстроизнашиваемых деталей дуговой наплавкой твердыми сплавами является нанесение износостойких покрытий в виде прямолинейных, дугообразных или кольцеобразных валиков, ширина которых меньше расстояния между ними, что изменяет геометрические параметры поверхности трения (рис. 1).

Эффективность применения разработанной технологии заключается в снижении скорости изнашивания поверхности наклонных поверхностей за счет увеличения степени деформирования и рыхления приповерхностного контактного слоя почвы путем торможения и смятия на толщину слоя твердого сплава с последующим скалыванием частиц в направлении перемещения при напряжениях, превышающих предел прочности почвы.

Снижение нормального давления почвы на основной металл с тыльной стороны боковой поверхности наплавленных валиков приводит к образованию зон застоя почвы (рис. 2), в которых скорость частиц практически снижается до нуля, а трение приповерхностного слоя происходит по слою застойной почвы.

За зонами застоя почвы менее связанные частицы активного слоя почвы совершают смешанное относительное перемещение, что уменьшает скорость изнашивания рабочей поверхности детали. В этом случае по сравнению со сплошной наплавкой в 2–4 раза снижаются энергозатраты и расход наплавочных материалов при обеспечении высокой производительности нанесения твердых сплавов. Использование технологии наплавки износостойкими валиками лемехов (рис. 2) по определенной схеме позволило уменьшить скорость их изнашивания по сравнению с технологией завода-изготовителя в среднем в 2–3 раза [5].

Данная технология прерывистой наплавки отдельными дугообразными валиками по определенной схеме была использована также при упрочнении лап культиватора. Пример схемы расположения и формы наплавленных валиков при упрочнении лапы культиватора представлен на рис. 3.

По результатам ранее проведенных исследований по упрочнению лемехов наплавленными валиками было установлено, что наилучшие результаты по снижению интенсивности изнашивания обеспечивает порошковая проволока марки EnDOtec DO*30 Ø1,2 мм фирмы Eutectic Castolin с содержанием бора (B) около 4 %. Твердость наплавленных валиков в этом случае достигает 63-65HRC. Химический состав проволоки указан в табл. 1.

В процессе проведенной работы сначала была отработана технология наплавки валиков на опытных образцах — подобраны режимы наплавки (напряжение, сила сварочного тока, скорость наплавки), а также  — параметры режима заварки кратера.

В результате были получены валики необходимого размера и формы. В дальнейшем подобранный режим использовался при наплавке валиков непосредственно на поверхности лапы культиватора.

Для реализации данного метода был использован сварочный полуавтомат инверторного типа с синергетическим управлением марки PROFARC AMIG350P с функцией заварки кратера (рис. 4), а также установка, работающая в автоматическом режиме по заданной программе в соответствии со схемой расположения валиков (рис. 3). Данная установка была изготовлена в ФГБНУ «ГОСНИТИ» (рис. 5).

Универсальность метода и конструкция установки позволяют упрочнять лапы культиваторов разных размеров и конфигураций, а также позволяет переналаживать установку под другой тип деталей, в частности под лемех и долото (рис. 6). Применение данного метода нанесения на рабочие органы почвообрабатывающих машин износостойких валиков электродуговой наплавкой с использованием разработанной технологии и оборудования позволяет внедрить эту технологию для упрочнения различных рабочих органов и их типоразмеров.

Примеры рабочих органов, упрочненных дуговой наплавкой твердыми сплавами, представлены на рис. 6.