Исследование способа многоэлектродной наплавки с принудительным формообразованием

z_{в ном} = z_{в min}+H_a-H_в,

z_{в ном} = z_{в min}+ a- в = Н_а+Т_а+ а+Е_в+ а- в,

 

где H_a - высота шероховатости; T_a - глубина дефектного поверхностного слоя; а - суммарное значение пространственных отклонений; E_в - погрешность установки подложки при выполняемом переходе; H_a и Н_в - нижние отклонение по размерам соответственно на предшествующем и выполняемом переходах; а- точность изделия.

Для определения припусков  по указанным формулам необходимо иметь  данные о погрешностях каждого слагаемого. Однако имеющийся опыт по наплавке показывает, что данные о погрешностях носят ограниченный характер, а при разработке новых методов и средств формообразования деталей с НРЭ они полностью отсутствуют. В этой связи проводились эксперименты по определению слагаемых погрешностей, составляющих основу припуска и допуска на обработку

Одной из главных составляющих припуска является погрешность установки  средств технологического оснащения, табл. 4.

Таблица 4

Погрешность установки в мк.

Характеристика базовой поверхности	Поперечный размер НРЭ, мк
	10	20	30	40	50
Песчаная форма	140	180	220	260	310
Оболочковая форма	100	120	140	160	240
С пуансонным вытеснением	50	60	70	80	100
С вибрацией от ЛЭМД	30	40	50	60	70

Для анализа путей  повышения размерной точности необходимо рассматривать раздельно размерные цепи при изготовлении моделей, НФ, стержня, ФЭ, подложки.

Экспериментами установлены  основные погрешности формы НРЭ (табл.5).

Таблица 5

Конусность (град.), глубина деструкции (мм) и  пригар (мм)

при наплавке в песчаные формы

Материал наплавочной  формы	Конусность	Деструкция	Пригар
Песчано-глинистая: без покрытия с опорным покрытием	10...12 7...9	5...6 3...4	3...4 2...3
Песчано-смоляная:без покрытия То же с опорным покрытием	8...9 3...4	2,3...2,5 1,3...1,9	2...3 0...1
Огнеупорный кирпич	4...5	1,5...2,5	-
Графит	1...2	0,5...1,0	-

Применение присадочных  материалов в виде цельнометаллической  или порошковой проволок, порошков, отштампованных пластин подстуживает ванну и способствует снижению глубины деструкции НФ на 30 - 50 %.

Подогрев НФ и подложки (изделия), применение одиночных ударов и статического давления на расплав  в ходе его нанесения повышают жидкотекучесть. В результате величина r_k сокращается в 1,5…3 раза. Во столько же раз увеличивается площадь растекания расплава, (Рисунок 1.18.).

 

Рисунок 1.18. Влияние температуры предварительного подогрева подложки на величину наплавочного радиуса (а)

Таким образом, на основании  вышеизложенных данных можно отметить следующие пути достижения высокой точности НРЭ:

• расширение технологических возможностей наплавки за счёт повышения точности элементов наплавочной формы и применения формовочной смеси оригинального состава (керамизированных полимеризуемых электропроводных);
• повышение точности воспроизведения тонкого рельефа формирующего элемента;
• применение компенсационных размеров и конструктивных элементов при проектировании полости НФ;

 

7. Регулирование функциональных свойств металла при наплавке с принудительным формообразованием

 

Многоэлектродная наплавка выгодно отличается от одноэлектродных более гибким легированием НРЭ за счёт подачи электродов разных между собой марок, диаметров и скоростей, меняющихся в процессе наплавки. Эти изменения можно осуществлять плавно или дискретно. Это достигается за счёт соответствующих режимов и тепловой обстановки в наплавочной ванне.

Характерно, что наплавленный металл склонен к упрочнению (наклепу) при высоких удельных контактных давлениях в трибосопряжении. Его микротвёрдость после проведения испытания на износостойкость выходит на более высокий уровень и приближается к удвоенной твёрдости основного металла. Этот наклеп появляется в процессе испытания при высоком удельном давлении. Сказанное свидетельствует о том, что специально проводимый наклёп наплавленного слоя может сказаться на повышении трибологических (эксплуатационных) его свойств.

Основной металл имеет равноосную ферритно-перлитную структуру, которая практически мало зависит от количества присадки в наплавленном слое и от режимов наплавки.

По линии  сплавления расположена ориентированная (дендритная) структура. Ориентация зерен ярче выражена в начале наплавки. В конце её размер зерна возрастает на 1...2 балла. С увеличением тепловой мощности дуги эта разница в архитектуре зерен сокращается и структура становится практически одинаковой по всей ширине нанесенного слоя.

При пониженных режимах  наплавки в зоне сплавления в основном металле наблюдаются участки  с ярко выраженной дендритной структурой, что объясняется высокой степенью перегрева металла и высокой скоростью охлаждения. Повышение тепловой мощности дуги за счет увеличения тока наплавки приводит к росту зерна примерно на 1...2 балла. Рассредоточение теплового потока за счёт увеличения количества электродов несколько изменяет ориентацию зёрен как в наплавленном, так и основном металле в сторону поверхности наплавки.

Вместе с тем усиливается  процесс рекристаллизации в основном металле и структура становится более крупнозернистой.

 

 

а)

б)

в)

Рисунок 1.19. Микроструктура наплавленного металла

а) – без  подогрева, б) – с подогревом в) электрошлаковая наплавка

Вместе с тем усиливается  процесс рекристаллизации в основном металле и структура становится более крупнозернистой.

На основании результатов  исследования износостойкости наплавленного  металла установлено, что при электрошлаковой наплавке закристаллизовавшийся металл имеет структуру сорбит, бейнит и твердость наплавленного слоя составляет 30-40 HRC.

При многоэлектродной наплавке без предварительного подогрева металл имеет столбчатую структуру бейнит, троостит при этом твердость наплавленного слоя повышается и составляет 43-55 HRC.

При многоэлектродной наплавке с предварительным подогревом образуется разориентированная структура мартенсит, бейнит, троостит с повышенной твердостью до 49-52 HRC (Рисунок 1.19.).

На рисунке 1.20. приведено строение наплавленного образца для испытаний и определения износостойкости наплавленного металла в которой четко определены толщина наплавки, глубина проплавления, показана зона термического влияния и ее размеры.

 

 П

H                                                                                                                       h_н

 

d_пр

d_зтв  d

   З     Т     В                                                             

 

                        О с н о в н о й     м е т а л л

 

Рисунок. 1.20. Строение наплавленного образца: H - полная толщина наплавки; h_н - толщина наплавки после снятия припуска П;  d_пр - глубина проплавления;  d_зтв - глубина зоны термического влияния.

Полученные результаты износостойкости наплавленного  металла сведены в диаграмму и представлены на рисунке 1.21. из которой видно, что износостойкость металла наплавленного с помощью многоэлектродной наплавки с предварительным подогревом в 2 раза выше, чем металла наплавленного с помощью электрошлаковой наплавки.

Рисунок 1.21. Износостойкость  различных вариантов наплавленного  металла

1 – многоэлектродная наплавка с подогревом; 2- многоэлектродная наплавка без подогрева; 3 – электрошлаковая наплавка Флюс: АН348

Заключение

 

В результате анализа  и теоретического обобщения способов наплавки автосцепки СА-3 в качестве наиболее рационального выбрана многоэлектродная наплавка с принудительным формообразованием и предварительным подогревом.

Обобщены теоретические предпосылки  совершенствования этого способа. Определены границы растекания жидкой ванны при многоэлектродной наплавке и кинетика наведения ее, приведены коэффициенты шероховатости наплавочной формы (таблица 1). Проведен аналитический расчет наплавочного радиуса ρ_к (формула 2).

Разработана схема многоэлектродной наплавки в наплавочные формы. Проведено исследованием средства обеспечения качества формообразования, структуры и твердости. Проанализирован материал наплавочных форм и воспроизведение их рельефа, заполняемость формы из формовочных смесей различной рецептуры. Определены точность размеров и припуски при нанесении металла в наплавочные формы, а также влияние температуры предварительного подогрева  на величину наплавочного радиуса ρ_к.

Исследовано влияние способа и  режимов наплавки на износостойкость  наплавленного металла и его микроструктуру.

Полученные результаты научно-исследовательской  работы использованы в разработке технологии восстановления хвостовика автосцепки СА-3 и наплавочной установки.