Главной задачей нашей дипломной работы является выявление наиболее эффективного способа восстановления коленчатых валов, подробное его описание и дальнейшая его конструкторская модернизация с целью повышения экономических, стоимостных, качественных и других показателей. Анализ способов восстановления коленчатого вала двигателя КАМАЗ показал, что наиболее приемлемым и эффективным с точки зрения экономических, технологических и других факторов является электрокантактное напекание металлического порошка, как способов, отвечающий высоким технологическим характеристикам рабочей поверхности.
Также благодаря добавлению эмали при напекании металлического порошка, можно избежать образования пор на поверхности наплавленного слоя металла, а добавление армированной сетки предотвращает осыпание металлического порошка с поверхности вала при напекании, в среде защитного газа (аргон).
Наращенное покрытие имеет минимальные припуски на обработку (до 1 мм), микропористость – 15 - 20 % и износостойкость в 1,3 - 1,5 раза выше, чем износостойкость закаленной стали 45 и высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Ресурс восстановленных напеканием валов составляет не менее 90 тыс. км пробега. Валы можно восстанавливать неоднократно.
Сущность процесса восстановления деталей электроконтактным напеканием заключается в приварке мощными импульсами тока к поверхности детали металлического порошка. В сварной точке, полученной от действия импульса тока, происходит припекание частиц порошка к поверхности детали, однако стоит заметить, что данный импульс не расплавляет частицы порошка, они находятся в твердом состоянии.
При электроконтактном напекании распространение нагрева происходит на небольшую глубину, при сохранении неизменности химического состава металла, так как сварка завершается преимущественно в твердой фазе. Поверхность, восстановленная напеканием металлического порошка имеет вид, представленный на рисунок 2.8. Как видно из рисунка 2.8, восстановление напеканием порошка имеет существенный недостаток – наплавленный слой, состоящий из частиц порошка, имеет много пустых, незаполненных промежутков, пор. Это приводит к тому, что общая площадь соприкосновения наплавленного слоя с поверхностью детали уменьшается, что в свою очередь сказывается на качестве слоя, его прочности и долговечности.
В данном проекте предлагается ввести в основной наплавочный материал специальную добавку - эмаль и армирующую сетку. Эмаль благодаря своим свойствам, устранит ряд недостатков способа, Армирующая сетка предотвратит осыпание порошка, во время напекания и с помощью нее регулируем толщину наплавляемого слоя металла, подбором сетки по номеру. Вести напекание в специальной защитной камере, защищающей процесс напекания от внешней среды. также в камеру будет поступать защитный газ - аргон.
Эмаль представляет собой сложный химический продукт, состоящий из некоторой цепочки полимеров. Полимеры не имеют температуры плавления, что приводит к тому, что материалы на их основе при различной температуре имеют соответствующие физико-механические свойства – при низкой температуре материал на основе полимеров будет иметь густую консистенцию, при высоких температурах – будет жидким.
При добавлении эмали в определенных пропорциях в металлический порошок наплавленный слой будет иметь другую структуру, рисунок 2.9. Как видно из рисунка 2.9, при напекании частиц порошка с добавлением эмали на поверхность детали, эмаль заполняет все пустоты и промежутки между частицами порошка и слой образует собой монолитное образование. Эмаль служит своеобразным связующим звеном между частицами порошка и металлом детали. Эмаль обеспечивает высокую прочность сцепления частиц порошка с металлом – до 10 МПа, что обеспечивает высокую прочность наплавленному слою.
Эмаль относится к стеклообразным сплавам, содержащих ряд компонентов, входящих в состав стекла. С физической точки зрения стекло представляет собой переохлажденную жидкость. Применение специально подобранных составов эмалей оказалось эффективным, заметно снижающим скорость и интенсивность образования окалины, поверхностного обезуглероживания, насыщения газами поверхности металлов. Эмаль способствует созданию в покрытиях барьерных слоев, препятствующих диффузии газов к поверхности металлов и сплавов. Основой эмали является стеклообразующая фритта, защитное действие эмали при нагреве определяется ее вязкостью. Вязкость связана с природой сил, действующих между атомами системы.
На вязкость эмали оказывают влияние содержание в ее составе окислов щелочных металлов. Для обеспечения равномерного растекания, лучшего смачивания поверхности металла, снижения склонности к кристаллизации в состав эмали вводится борный андигрид. Введение борного андигрида в виде буры позволяет хорошо диспергировать и растворить окислы железа, образующиеся по поверхности железного порошка, и снижать интенсивность окисления.
Наиболее подходящими для напекания являются грунтовые эмали, которые, с одной стороны, являясь антиокислителем, имеют наиболее близкий коэффициент термического расширения с металлом, обеспечивая необходимую прочность сцепления и другие физико-механические и фрикционные свойства.
Таким образом, введение эмали в порошок увеличивает качество восстановления электроконтактным способом напекания, повышает усталостную прочность слоя.
Технико - экономическое показатели обоснования проекта
