Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 11
1.1. Обзор способов восстановления и характеристика металлопокрытий при восстановлении чугунных деталей 11
1.2. Анализ возможных способов размерной обработки восстановленных тормозных барабанов дуговой металлизацией 20
1.2.1. Механическая обработка без нагрева деталей 21
1.2.2. Механическая обработка с нагревом детали 25
1.2.3. Электрофизические и электрохимические способы обработки 28
1.2.3.1 Электрохимическая обработка (ЭХО) 32
1.2.3.2. Электрохимическое шлифование 33
1.2.3.3. Анодно-механическая обработка 34
1.2.3.4. Электроэрозионная обработка 35
Выводы по Главе 1 39
Глава 2. Теоретические предпосылки разработки технологии восстановления тяжелонагруженных тормозных барабанов транспортных средств сельскохозяйственного назначения 41
2.1. Теоретические предпосылки обоснования необходимости восстановления тормозных барабанов 41
2.2. Экспериментально-теоретическое обоснование применения способа дуговой металлизации для восстановления тяжелонагруженных тормозных барабанов грузовых автомобилей 44
2.3. Теоретические предпосылки разработки рациональных режимов электроконтактной обработки наращенного слоя при восстановлении тормозных барабанов 51
2.3.1. Обоснование выбора схемы обработки и установление величины тока при обработке тормозных барабанов 53
2.3.2. Обоснование диаметра и толщины диска электрода-инструмента 57
2.3.3. Установление оптимальной плотности тока при ЭКО тормозных барабанов 59
2.3.4. Расчет коэффициента полезного действия процесса подводной электроконтактной обработки восстановленных тормозных барабанов 62
2.3.5. Установление зависимости максимальной подачи инструмента на один оборот детали от режимов обработки 64
2.3.6. Качество поверхности после электроконтактной обработки под слоем воды 66
Выводы по Главе 2 67
Глава 3. Методика экспериментальных исследований 69
3.1. Общая методика 69
3.2. Разработка экспериментальной установки 70
3.2.1. Требования к экспериментальной установке 71
3.2.2. Экспериментальная установка 72
3.2.3. Выбор образцов 75
3.2.4. Требования, предъявляемые к электроду-инструменту 77
3.2.5. Выбор источника технологического тока 78
3.2.6. Выбор охлаждающей жидкости 79
3.3. Определение плотности тока 80
3.4. Определение линейной скорости вращения электрода-инструмента и величины его износа 83
3.5. Определение производительности при электроконтактной обработке 84
3.6. Методика определения коэффициента полезного действия процесса 87
3.7. Методика исследования качества обработанной поверхности способом ЭКО 88
3.7.1. Металлографические исследования 88
3.8. Методика исследования фрикционных свойств образцов, изготовленных из восстановленных тормозных барабанов 89
3.9. Методика эксплуатационных испытаний восстановленных тормозных барабанов 93
Выводы по Главе 3 94
Глава 4. Результаты экспериментальных исследований и их обсуждение 95
4.1. Исследования по обоснованию выбора схемы обработки величины рабочего напряжения и тока 95
4.2. Исследования по определению оптимальной плотности тока и энергоемкости процесса ЭКО 99
4.3. Исследования по определению коэффициента полезного действия процесса ЭКО под слоем воды 103
4.4. Исследования по установлению зависимости максимальной подачи инструмента на один оборот детали от условий обработки 105
4.5. Исследования по определению относительного износа электрода-инструмента 110
4.6. Исследования по качеству обработанной поверхности способом ЭКО 112
4.6.1. Шероховатость обработанной поверхности 112
4.6.2. Твердость наращенного слоя 112
4.6.3. Исследования фрикционных свойств восстановленных тормозных барабанов 113
4.6.4. Результаты эксплуатационных испытаний восстановленных тормозных барабанов 116
Выводы по главе 4 117
Главе 5. Разработка технологического процесса электроконтактной обработки восстановленных тормозных барабанов транспортных средств и оценка экономической эффективности от внедрения в производство результатов работы 119
5.1. Технологический процесс и технические требования на опытно-промышленную установку 119
5.2. Определение экономического эффекта при внедрении способа ЭКО тормозных барабанов 122
Выводы по Главе 5 124
Общие выводы 125
Литература
- Анализ возможных способов размерной обработки восстановленных тормозных барабанов дуговой металлизацией
- Экспериментально-теоретическое обоснование применения способа дуговой металлизации для восстановления тяжелонагруженных тормозных барабанов грузовых автомобилей
- Требования, предъявляемые к электроду-инструменту
- Исследования по определению оптимальной плотности тока и энергоемкости процесса ЭКО
Введение к работе
В настоящее время в сельском хозяйстве очень остро стоит проблема внедрения энерго- и ресурсосберегающих, экологически чистых, технологических процессов при восстановлении деталей и ремонте машин в процессе их эксплуатации.
В последние годы при разработке способов восстановления деталей особое внимание уделяется, так называемым, малостадийным технологиям, и в частности, технологиям нанесения на изношенные поверхности деталей порошковых покрытий с высокой износостойкостью без последующего упрочнения. Порошковые покрытия, нанесенные способом металлизации, являются практически единственным рациональным способом восстановления чугунных деталей из-за трудности применения наплавочных покрытий. Однако, использование данной технологии связано с трудностями последующей обработки нанесенного покрытия традиционными методами (точения, абразивное шлифование) из-за специфических физико-механических свойств металлизированного порошкового покрытия (высокая твердость поверхности, химическая неоднородность, окислы и др.). Это сдерживает широкое внедрение технологии восстановления чугунных деталей.
Из большой номенклатуры быстро изнашиваемых деталей, изготовленных из чугуна, наиболее характерными, представляющими наибольший практический и научный интерес, являются тормозные барабаны транспортных средств. Эти дорогостоящие детали являются неремонтопригодными после исчерпания ремонтных размеров и достижения предельных значений износа рабочей внутренней поверхности. Применение способа металлизации для восстановления большегрузных тормозных барабанов недостаточно изучен, поэтому необходимо теоретически обосновать необходимость восстановления и возможность применения данного способа и практически подтвердить это обоснование.
Повысить производительность труда при последующей размерной
обработке восстановленных тормозных барабанов можно путем применения
электрофизических способов обработки, и в частности, электроконтактной под слоем жидкости (ЭКО).
При ЭКО удаление припуска происходит за счет непосредственного использования электрического тока, являющегося по существу режущим инструментом. При этом твердость материала детали и другие свойства, затрудняющие обработку, являются несущественными.
Большой вклад по разработке новых электрофизических способов обработки внесли ученые Б.Р. Назаренко, Б.П. Золотых, А.Л. Лившиц, А.Т. Кравец, А.С. Давыдов, Л.Я. Попилов, Б.А. Артамонов и др. Непосредственно по электроконтактному способу обработки труднообрабатываемых наплавленных деталей сельскохозяйственной техники известны работы И.Е. Ульмана, А.К. Ольховацкого, П.И. Егорова, Б.Я. Борисова, М.К. Русева, В.А. Борисенко, И.И. Бевза, Л.А. Солодкиной и др.
Актуальность данной работы подтверждается также и тем, что несмотря на имеющиеся фундаментальные исследования по электрообработке металлов и достигнутые успехи по электроконтактной обработке (ЭКО) при ремонте машин, исследования по обработке металлизированного пористого наращенного слоя способом ЭКО под слоем воды отсутствуют. В связи с этим целью настоящей работы является обоснование, разработка и рекомендация предприятиям и организациям, техническим центрам по сервису машин в сельском хозяйстве технологического процесса и оборудования для размерной обработки восстановления тормозных барабанов транспортных средств (ЬСАМАЗ и др. машин), имеющих высокую твердость и большой припуск на обработку.
В качестве объекта исследования выбран тормозной барабан автомобиля КАМАЗ, который широко используется в сельском хозяйстве и процессе электроконтактной размерной обработки наращенного слоя на изношенную рабочую поверхность способом металлизации. Подобные типоразмеры тормозных барабанов широко применяются во многих других транспортных средствах.
Предметом исследования является установление закономерностей и параметров процесса ЭКО под слоем воды наращенной рабочей поверхности тормозного барабана способом дуговой металлизации.
Выбор детали обоснован высокой стоимостью (более 2500 руб. за шт.) новых барабанов и высокой себестоимостью механической токарной обработки наращенного слоя, которая применяется в настоящее время.
Методика проведения работы включает в себя теоретическое и экспериментальное обоснование необходимости восстановления тормозных барабанов транспортных средств, обоснования возможности применения способа дуговой металлизации для наращивания изношенной внутренней поверхности барабана. Методом теоретического анализа возможных схем размерной электроконтактной обработки была выбрана схема обработки, позволяющая использовать мало энергоемкие широко распространенные серийные источники тока. Методика проведения экспериментальных исследований позволила определить рациональные режимы подводной ЭКО металлизированного слоя и подтвердить выдвинутые гипотезы о характере изменения удельной энергоемкости и КПД процесса и др. предпосылки. Для математической обработки результатов экспериментально-теоретических исследований использовалась ПЭВМ.
Научная новизна работы состоит в том, что теоретически обоснован и применен способ дуговой металлизации для восстановления тормозных барабанов транспортных средств, теоретически обоснована рациональная схема ЭКО под слоем воды внутренней восстановленной поверхности барабана и получены закономерности изменения скорости обработки от режимов подводной ЭКО и предложены формулы для ее расчета, получены также новые закономерности изменения энергоемкости и КПД процесса.
Практическая ценность работы заключается в том, что на
основании полученных результатов исследования разработан новый
технологический процесс восстановления тормозных барабанов, включающий
в себя наращивание и последующую размерную обработку способом
подводной ЭКО, отличающейся экологической чистотой и высокой производительностью при использовании серийного мало энергоемкого источника тока.
Реализация работы. Впервые технология восстановления тормозных барабанов дуговой металлизацией была внедрена в Центральной ремонтной мастерской МУП "Челябгортранс".
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на ежегодных международных научно-технических конференциях по кафедре технология и организация технического сервиса Челябинского государственного агроинженерного университета в 2003...2006 гг., на всероссийских международных научно-технических конференциях в ВНИИТУВИД г. Москва (ЦРДЗ) в 2003 г. "Восстановление и упрочнение деталей - современный высокоэффективный способ повышения надежности машин" и в ГОСНИТИ г. Москва (ЦРДЗ) в 2003 г. и в 2004 г. "Научные проблемы и перспективы развития, ремонта, обслуживания машин и восстановления деталей".
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 9 печатных работах: в сборниках материалов международных конференций ЧГАУ, в вестнике ЧГАУ, в Вестнике Московского государственного агроинженерного университета, в сборниках докладов Московского центрального Российского Дома знаний (ЦЦРЗ) совместно с ВНИИТУВИД и ГОСНИТИ.
Представленная работа выполнена в соответствии с Федеральной Государственной программой "Разработка методов эффективного использования и поддержания работоспособности техники, технологических и организационных систем технического сервиса" (задание 04), а также по заказ - наряду № 04.02.01.09Российской Академии сельскохозяйственных наук институту ГОСНИТИ "Разработать способ ЭКО тормозных барабанов транспортных средств, восстановленных металлизацией".
На защиту выносятся:
теоретическое обоснование и установление необходимости и возможности восстановления тяжелонагруженных тормозных барабанов транспортных средств сельскохозяйственного назначения способом дуговой металлизации;
рациональная схема электроконтактной подводной обработки для снятия больших припусков наращенного металлизированного слоя, позволяющая использовать серийные источники тока;
закономерности изменения скорости размерной обработки от режимов ЭКО;
закономерности изменения удельной энергоемкости и КПД процесса, а также зависимость износа электрода-инструмента от параметров процесса ЭКО;
рациональные режимы размерной электроконтактной обработки под слоем воды и технологический процесс восстановления тормозных барабанов на опытно-производственных установках;
результаты лабораторных и эксплуатационных износных испытаний модельных и натурных образцов тормозных барабанов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений. Изложена на 142 страницах
машинописного текста, содержит страниц рисунков и таблиц. Список
литературы включает в себя 115 наименований.
Анализ возможных способов размерной обработки восстановленных тормозных барабанов дуговой металлизацией
В настоящее время разработано большое количество различных методов обработки деталей в процессе их восстановления. Однако выбрать рациональный способ для размерной обработки восстановленных тормозных барабанов дуговой металлизацией, имеющих специфические особенности как конструктивные, так и технологические весьма затруднительно.
В работе на основании детального обзора и анализа литературных данных приведена разработанная нами классификация возможных способов обработки применительно к восстановленным тормозным барабанам способом дуговой металлизации, представленная на рис. 1.6. На рис. 1.6 способы обработки, обведенные толстыми линиями, при предварительном рассмотрении являются наиболее предпочтительными.
Детальный анализ способов обработки, представленных на рис. 1.6, выявил преимущества и недостатки каждого способа и отдельные специфические технологические особенности.
Токарная обработка. Основной причиной низкой обрабатываемости лезвийным твердосплавным инструментом пористых износостойких поверхностей является возникновение при их обработке больших радиальных сил и высоких температур в зоне резания [22, 23, 24]. Эти причины с одной стороны требуют большой жесткости системы СПИД, а с другой - являются основным фактором низкой стойкости инструмента, что приводит к необходимости использования малых скоростей резания при обработке данных материалов.
В работах [25, 26, 27] установлено, что при обработке наращенных металлов даже малой твердости и с небольшим припуском износ лезвийного инструмента более интенсивен, чем при обработке конструкционных сталей и сплавов. При этом, как указывают авторы, на износ влияют макронеровности, раковины, поры, которые способствуют разрушению инструмента в результате ударных нагрузок, а наличие нитридов, окислов, шлаков оказывает абразивное воздействие на материал инструмента, что и приводит к его быстрому износу.
В работе [28] рекомендуется применять двух стадийную обработку наращенных поверхностей. При первом проходе снимается гребнистость, окалина резцами типа ВК-8, а последующая обработка осуществляется минералокерамическими резцами (ЦМ-332).
При этом автором доказано, что в основном износ инструмента -абразивно-механический.
В других же работах [27, 29, 30] отмечается, что применение минералокерамических резцов для обработки наращенных поверхностей нецелесообразно из-за низкой стойкости этого инструмента. Инструменты, оснащенные твердыми сплавами группы ТК (Т15К6, Т15К10) и группы ВК (ВКЗ, ВКб, ВКбМ) имеют пониженную стойкость из-за низкой теплопроводности и, кроме того, обработка выполняется при низких режимах резания.
Исследование процесса обработки нарощенных деталей резцами из эльбора-Р, кубонита, гексанита-Р свидетельствует о том, что их можно применять при обработке труднообрабатываемых наращенных деталей, но обработку производят при большой линейной скорости детали и небольшом сечении среза. Однако, этот инструмент применяется ограниченно, из-за малой производительности, а кроме того он не выдерживает большой динамической нагрузки, вибраций и высокой твердости обрабатываемого материала (не более 35 HRC) [34].
Исследования процесса обработки пористых материалов показывают, что лезвийный инструмент быстро изнашивается в связи с повышенной склонностью пористых поверхностей к окислению из-за наличия в материале цементита и избыточных карбидов. При наличии пористости более 5%, стойкость режущего инструмента снижается, так как режущая кромка непрерывно подвергается микроударам, что способствует ее затуплению и разрушению [31,32].
Кроме того, при обработке резанием пористых материалов возникает проблема сохранения геометрических параметров резца, так как вследствие их изменения (затупления) переуплотняются поверхностные
слои обрабатываемого материала, в результате чего ухудшаются антифрикционные свойства поверхности [33].
Таким образом, приведенные данные свидетельствуют об ограниченной возможности применения лезвийного инструмента для обработки нарощенных поверхностей.
Абразивное шлифование. Современное развитие металлообработки характеризуется увеличением удельного веса выполняемых операций шлифованием.
Повышение скоростей резания и мощности оборудования позволяет производить абразивную обработку со снятием больших припусков, по этой причине процесс шлифования становится более эффективным по сравнению с обработкой лезвийным инструментом.
В работах [35, 36, 37] на основе обобщения результатов исследований, даны рекомендации по выбору рациональных режимов обработки, приведены характеристики абразивных кругов для обработки углеродистых и легированных сталей. Однако, разработанные рекомендации не всегда могут быть использованы при шлифовании поверхностей, восстановленных напылением и дуговой металлизацией, физико-механические свойства которых существенно отличаются от свойств обычных конструкционных материалов.
Плохая шлифуемость пористых напыленных поверхностей объясняется наличием в их структуре очень твердых карбидов хрома, вольфрама и др. (твердость HV -15 ГПа). В этом случае зерна из белого электрокорунда, обычно применяемого в абразивных кругах, не в состоянии конкурировать с карбидами хрома, вольфрама и др. [38]. Кроме этого, абразивное шлифование микропористых износостойких покрытий, к каким относятся покрытия, полученные дуговой металлизацией, приводит к затуплению (засаливанию) микропрофиля рабочей поверхности шлифовального круга [39], что требует частой правки кругов.
Экспериментально-теоретическое обоснование применения способа дуговой металлизации для восстановления тяжелонагруженных тормозных барабанов грузовых автомобилей
В первой главе диссертации проведен анализ возможных способов наращивания слоя на изношенную рабочую поверхность тормозного барабана и обоснованно выбрана технология нанесения износостойкого слоя электродуговой металлизацией.
Необходимо, однако, отметить, что в течение опытного внедрения и эксплуатационной проверки опытной партии восстановленных деталей теоретического обоснования восстановления тяжелонагруженных барабанов электродуговой металлизацией не было. У авторов внедрения была только предпосылка о возможности нанесения металлизированного слоя толщиной 5...8 мм на изношенную поверхность, основанной на относительно хорошей адгезии слоя с чугунной поверхностью, которая составляла более 120 Н/мм , и предположением о том, что наращенный слой за счет создания в нем остаточных напряжений образует в основном барабане сжимающие напряжения, направленные в противоположном направлении растягивающим напряжениям, вызванными внешними нагрузками при торможении и центробежными силами [98].
Компенсация образующихся внутренних напряжений в материале основы барабана при торможении и др. воздействий остаточными внутренними напряжениями в наращенном слое, по нашему мнению, не ослабит прочности барабана, а наоборот, увеличит [98]. Для доказательства данного предположения нами разработана специальная методика теоретического и экспериментального исследования остаточных напряжений у восстановленного барабана.
Для теоретического исследования остаточных напряжений использовался метод определения их по первоначальным деформациям [99], которые появляются в наращиваемом слое в результате пластических деформаций и структурных превращений в материале при остывании этого слоя.
Пусть в кольцевом слое ограниченном радиусами окружности цилиндра г = а и г = с, т.е. а г с (рис. 2.2) произошли первоначальные eot - окружная, єог - радиальная и єох - осевая деформации, которые будем считать постоянными по толщине слоя. Значения F(c), Ф(с) и ф(с) получаем из выражений (2.7), (2.8) и (2.5) путем подстановки г = с.
Пластические деформации в наращиваемом слое обусловлены пластическим обжатием этого слоя. Это обжатие происходит за счет того, что малые по объему участки высоко нагреваются в условиях, когда их тепловое расширение стеснено холодным металлом основного цилиндра. Величина пластичной деформации, которое испытал металл в результате пластического обжатия, определяется по формуле єп0=-а(Тк-Т0), (2.13) где а - коэффициент линейного расширения; Тк - температура, при которой теряется несущая способность металла; Т0 - начальная температура детали.
Возможность применения этого правила основывается на том, что при температурах выше t = 500 - 550"С (для специальных сталей) и t = 400 - 450С (для углеродистых сталей и чугунов) предел текучести материала резко снижается [100]. В нашем случае первоначальные пластические деформации в окружном и осевом направлениях будут є"t = є"х = є".
В радиальном направлении, учитывая, что при пластическом деформировании металла относительное изменение объема его Q = єot + єох + єог = 0[101], получаем є"r = -2єп0.
При остывании серого чугуна за счет структурных превращений объем его увеличивается до 1% [102], т.е. относительное изменение объема его Q = 0,01, а относительные деформации за счет структурных превращений ecot = єсог =єсох = —-« 0,003.
Полные первоначальные деформации в наращиваемом слое получаются суммированием пластических деформаций и структурных, р — рП А. рС . с — рП Л. СС р — рП 4-РС ot eot + bOt ОГ ЄОГ " " ЄОГ » ЄОХ ЄОХ єох Для расчета остаточных напряжений были приняты следующие характеристики материала [102], входящие в приведенные выше формулы для расчета остаточных напряжений: Е = 105 МПа; ц = 0,25; а = 1,2 10"5; Тк = 400С; Т0 = 20С; a = 210 мм; b = 230 мм; с = 216 мм.
На рисунках 2.3, 2.4, 2.5 представлены эпюры окружных, радиальных и осевых напряжений в МПа в наращиваемом слое (сплошная линия) и в основном цилиндре (пунктирная линия). Эпюры получены путем расчета напряжений на ЭВМ по программе Mathcad.
Требования, предъявляемые к электроду-инструменту
Требования, которые предъявляются к электроду-инструменту, исходят из условий его эффективной эксплуатации. К ним относятся материал, форма, скорость вращения и перемещения (подачи), точность определения (замера) его износа.
С электродом-инструментом должен быть обеспечен надежный контакт источника питания. Электрод-инструмент, используемый в экспериментальной установке, представляет собой металлический фигурный диск диаметром 125 мм, высота электрода-инструмента 12 мм (рис. 3.5 и рис. 3.6). Марка стали не регламентируется. С учетом предварительных экспериментов и по результатам исследований [72] она является несущественной. Как известно, качество обработки и производительность мало зависят от марки материала инструмента [83]. Сталь 3, как материал для инструмента был выбран по следующим причинам: во-первых, широко распространен, имеет относительно низкую стоимость, во-вторых, достаточно хорошо поддается обработке при изготовлении инструмента.
Электроконтактная обработка может производиться на постоянном и переменном токе. В данной работе используется источник постоянного тока.
Требования, которые предъявляются к источнику технологического тока, с точки зрения его эффективной работы, относятся к величине его напряжения, форме и характеру изменения этого напряжения в зависимости от нагрузки. Авторами [108, 89, 71, 83, 74] и нами [84] установлено, что источник тока должен иметь жесткую характеристику. В результате предварительно проведенных экспериментов на различных электрических режимах был установлен критерий качества обработки. За критерий качества обработки применительно к тормозным барабанам было принято отсутствие наплывов металла и удовлетворительная (визуально) шероховатость поверхности.
Предварительно можно считать, что рабочее напряжение при обработке должно быть в пределах 16...28 В. При этом ток может изменяться в пределах от 100 до 500 А.
Скорость обработки (подачи инструмента или детали) может быть в пределах 60...400 мм/мин. Величина снимаемого припуска может достигать 3...4 мм за один проход при схеме обработки торцевой поверхностью инструмента.
Величина тока должна обеспечить в процессе обработки образцов изменение плотности тока в пределах 5...30 А/мм . Исходя из вышесказанного следует, что к источнику питания предъявляются следующие требования: 1) Наличие жесткой характеристики. 2) Достаточный запас по мощности от возможных коротких замыканий. 3) Применение постоянного тока. Выпрямительный агрегат должен иметь защиту от перегрузок по току, от коротких замыканий. Контроль за электрическими режимами осуществляется вольтметром и амперметром.
Для питания установки были использованы секционированный силовой трехфазный трансформатор с жесткой вольтамперной характеристикой с выпрямительным блоком, состоящим из диодов ВК-800 с большим запасом мощности (рис. 3.4).
Электроконтактная обработка под слоем жидкости позволяет снизить интенсивность светового излучения, вплоть до того, что оператор может производить обработку без применения специальных средств защиты для органов зрения, слуха и поверхности кожи лица и рук. Также применение жидкости позволяет одновременно охлаждать деталь и инструмент. Жидкость для электроконтактной обработки выбирается с учетом ее охлаждающей способности, а также с учетом минимальной коррозионной активности к стали. По данным Борисова В.Я. [88], роль жидкости весьма существенна, она положительно сказывается на локализации и стабилизации процесса обработки.
Исследования по определению оптимальной плотности тока и энергоемкости процесса ЭКО
При обработке наращенных тормозных барабанов с максимальным припуском на обработку превышающем 1,5 мм и использованием серийного источника тока малой мощности (до 600 А), очень важно работать на оптимальной плотности тока. Очевидно, что оптимальная плотность тока будет достигнута при наименьшей энергоемкости процесса ЭКО.
На рис. 4.4 представлены обработанные результаты экспериментов по определению оптимальной плотности тока.
Из рис. 4.4 следует, что с ростом плотности тока прямо пропорционально увеличивается производительность процесса ЭКО, а удельная энергоемкость имеет область минимальных значений в пределах величин плотности тока от 10 до 13 А/мм .
Этот предел изменения плотности тока от 10 до 13 и будет оптимальным.
Необходимо отметить, что величина удельной энергоемкости в интервале оптимальных плотностей тока при обработке металлизированного наращенного слоя по предложенной нами схеме несколько выше, чем при обработке стали 65Г [84, 111].
Обработанные результаты экспериментов представлены на рис. 4.5. На рис. 4.5 представлены также эмпирическая зависимость W = f(i) и коэффициент апроксимации R = 0,88.
Эмпирическая закономерность W = f(i) получена нами при помощи стандартной компьютерной программы Microsoft Excel.
Эту закономерность можно объяснить различными теплофизическими свойствами стали 65Г и пористого металлизированного слоя, а также различными схемами обработки и условиями эксперимента.
Представленные на рис. 4.5 результаты подтверждают предпосылку о том, что энергоемкость обработки пористого металлизированного слоя выше энергоемкости обработки сплошных материалов, например, стали 65Г.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что при электроконтактной обработке наращенных тормозных барабанов металлизацией оптимальная плотность тока равна 12 А/мм2.
Далее рассмотрим влияние изменения плотности тока на производительность процесса подводной электроконтактной обработки. Результаты этих экспериментов представлены на рис. 4.6.
Из рис. 4.6 следует, что для данных условий экспериментов при плотности тока равной 12 А/мм выгодно снимать большие припуски А = 1,5 мм и более. Для съема припуска величиной менее 1 мм и достижения при этом производительности обработки, например, свыше 2 кг/ч необходимо значительно увеличивать рабочий ток и, следовательно, плотность тока до 25 А/мм и выше, что является нецелесообразным из-за больших затрат энергии.
В главе 2 уже отмечалось, что КПД процесса ЭКО имеет важное значение, особенно при полном погружении зоны обработки под слой воды, и что величина КПД существенно должна сказываться на скорости обработки и других показателях процесса съема припуска металла.
Величина КПД определялась по формуле 2.23. Значения напряжения, тока и времени проведения эксперимента фиксировались соответственно вольтметром, амперметром и секундомером. Образцы до и после обработки взвешивались на аналитических весах.
Из справочной литературы [57, 112] приняты следующие значения: удельная теплоемкость с = 0,116 4,2 Дж/гС, г = 210 Дж/г, AT для металлизированного слоя принято равным 1300С.
В результате проведенных опытов и выполнения расчетов по формуле 2.23 полученные значения КПД представлены на рис. 4.7.
Из рис. 4.7 следует, что КПД имеет максимальное значение (19...20%) при плотности тока, равной 12 А/мм . при меньших и больших значениях плотности тока КПД снижается до 15%. Это можно объяснить тем, что с увеличением плотности тока, что соответствует обработке с меньшими значениями припуска (менее 1 мм), с одной стороны увеличиваются потери энергии на нагрев жидкости и, с другой стороны, уменьшается тепловвод в металл детали. С уменьшением плотности тока ниже 12 А/мм , КПД снижается, по нашему мнению, из-за роста потерь энергии при съеме больших припусков (более 1,5 мм) на нагрев инструмента и, естественно, на увеличение его износа и более интенсивный нагрев жидкости от нагреваемой в большей степени детали. При этом может сказываться также ухудшение условий для эвакуации продуктов обработки из межэлектродного промежутка.
Необходимо отметить, что закономерность изменения КПД от плотности тока строго согласуется с закономерностью изменения энергоемкости процесса. По нашему мнению, такая тесная корреляционная связь между удельной энергоемкостью и КПД процесса подтверждает необходимую достоверность выполненных экспериментов.
На основании полученных результатов можно утверждать, что с точки зрения не только энергоемкости, но и КПД, снятие припуска в пределах 0,8...1,0 мм является вполне приемлемым при использовании обычных серийных источников тока сварочной дуги.
На рис. 4.7 кроме экспериментальной зависимости представлена также закономерность изменения КПД процесса ЭКО от плотности тока ц = f(i) и эмпирическая формула, полученная при помощи стандартной компьютерной
программы Microsoft Excel и сделано сравнение полученной закономерности с подобной закономерностью, но при обработке стали 65 [84,111]. Из рис. 4.7 следует, что КПД процесса ЭКО при обработке стали выше, чем при обработке металлизированного слоя. Это также объясняется пористостью наращенного слоя, меньшей электро- и теплопроводностью.
Данные результаты подтверждают нашу предпосылку о меньшем значении КПД процесса ЭКО при обработке металлизированного слоя, чем при обработке стали 65Г.
