Способ восстановления ресурса рабочих органов почвообрабатывающих машин Российский патент 2021 года по МПК B23P6/00 B23K9/04 A01B15/04 

Изобретение относится к способу восстановления изношенных деталей с применением сварки и может быть использовано при восстановлении рабочих органов почвообрабатывающих машин.

Одной из основных проблем, возникающих в настоящее время при обработке почвы является увеличение ресурса пахотных орудий. Для этой цели широко используются различные варианты отечественных и зарубежных глубокорыхлителей с повышенными показателями износостойкости и с заменяемой режуще-лезвийной частью.

Известен способ электроконтактного термоупрочнения режущей части рабочих органов, включающий использование плазмы дугового разряда обратной полярности между электродом и упрочняемой поверхностью с перемещением электрода вдоль упрочняемой поверхности пульсирующей дугой, при этом упрочняют режущую часть рабочих органов, выполненных из высокопрочного чугуна ВЧ50, а в качестве электрода используют вольфрамовый электрод, который осуществляет осевые продольные колебания с частотой 3-6 Гц и который перемещают по упрочняемой поверхности со скоростью 0,3-1,0 см/с, при этом время каждого контакта вольфрамового электрода с упрочняемой поверхностью составляет 0,15 с (Патент на изобретение РФ №2718522, опубл. 08.04.2020).

Недостатком является получение упрочненного слоя недостаточной толщины, что незначительно увеличивает износостойкость и ресурс режущей части рабочих органов.

Известен способ восстановления плужных лемехов, при котором приваривают накладной носок и лезвие лемеха. При этом накладной носок подвергается предварительной горячей формовке, а наплавка проводится по изогнутой поверхности на ширине 60-80 мм толщиной 2,0-2,5 мм (Патент на изобретение РФ №2125507, опубл. 27.01.1999).

Недостатком этого способа является возможность появления коробления поверхности накладного носка при горячей формовке, что отрицательно скажется на долговечности рабочего органа.

Известен способ термоупрочнения лемеха плуга, включающий изготовление песчаноглинистой формы, установку в форму холодильников, заливку чугуна в форму и последующее охлаждение кристаллизующегося металла, при этом устанавливают стальные холодильники объемом 2,3-10^-8 м³ на квадратный миллиметр отбеливаемой поверхности отливки, при этом чугун с содержанием углерода 3,3-3,6%, кремния 1,27-1,59%, марганца 0,4-0,7%, магния 0,4-0,6% и серы ≤0,02% заливают в сырую песчано-глинистую форму при температуре 1360-1430°С с обеспечением отбеливания режущей кромки лемеха плуга на глубину 4-5 мм (Патент на изобретение РФ №2684129, опубл. 04.04.2019).

К недостаткам способа упрочнения можно отнести практически невозможное восстановление работоспособности рабочих органов из чугуна, в том числе путем приваривания пластин из листовой стали.

Известен способ получения износостойких структур в режущей кромке лемеха плуга, включающий изготовление песчано-глинистой формы, установку в форму холодильников, заливку чугуна в форму и последующее охлаждение кристаллизующегося металла, при этом устанавливают стальные холодильники объемом 1,5-10^-8 м³ на квадратный миллиметр отбеливаемой поверхности отливки, чугун с содержанием углерода 3,3-3,6%, кремния 1,27-1,59%, марганца 0,4-0,7%, магния 0,4-0,6% и серы ≤0,02% заливают в сырую песчано-глинистую форму при температуре 1360-1430°С, осуществляют отбел режущей кромки лемеха плуга на глубину 2-3 мм (Патент на изобретение РФ №2677326, опубл. 04.04.2019).

К недостаткам данного способа можно отнести отсутствие возможности восстановления чугунных рабочих органов путем сварки.

Известен способ электроконтактного термоупрочнения лезвия почвообрабатывающего орудия из высокопрочного чугуна ВЧ50 толщиной не менее 7 мм, включающий нагрев поверхности тыльной стороны лезвия почвообрабатывающего орудия электрической дугой обратной полярности путем перемещения электрода по криволинейной траектории, образованной линейным перемещением параллельно острой кромки лезвия почвообрабатывающих орудий и вращением вокруг вертикальной оси, при этом нагрев поверхности тыльной стороны лезвия осуществляют вольфрамовым электродом постоянным током, при этом диаметр вращения электрода вокруг вертикальной оси задают равным ширине лезвия, причем за один оборот электрода вокруг вертикальной оси линейное перемещение составляет 5 мм, а частоту вращения устанавливают 25 мин^-1 (Патент на изобретение РФ №2678723, опубл. 31.01.2019).

К недостаткам данного способа можно отнести упрочнение за счет получения отбеленного слоя, что может привести к хрупкому скалыванию лезвий.

Известен способ упрочнения лезвия рабочего органа почвообрабатывающего орудия из высокопрочного чугуна, включающий нагрев поверхности тыльной стороны лезвия почвообрабатывающих орудий электрической дугой обратной полярности и перемещение электрода, которое осуществляют по криволинейной траектории, образованной линейным перемещением параллельно острой кромки лезвия почвообрабатывающего орудия и вращением вокруг вертикальной оси, при этом нагрев поверхности тыльной стороны лезвия осуществляют вольфрамовым электродом, подключенным к источнику постоянного тока, при этом линейное перемещение электрода вдоль лезвия за один оборот вокруг своей оси составляет 3 мм, частота вращения 25 мин^-1, а траектория вращения вокруг своей оси является эллиптической, больший параметр которой соответствует ширине лезвия L, а меньший - составляет 0,37L (Патент на изобретение РФ №2711391, опубл. 17.01.2020).

К недостаткам данного способа относится сложность технологического процесса упрочнения.

Известен способ обработки поверхности рабочих органов почвообрабатывающих орудий из высокопрочного чугуна, включающий лазерное воздействие на поверхность инструмента, формирование пятна лазерного луча с заданной мощностью пучка на образце, при этом осуществляют обработку поверхности режущих частей и лезвий рабочих органов из высокопрочного чугуна ВЧ50 многоканальным СО₂ - лазером с непрерывным режимом работы, при этом формируют пятно лазерного луча мощностью Р=2,0 кВт на образце, затем проводят обработку с диаметром пятна излучения в зоне обработки, равным d=9 мм, со скоростью перемещения лазера υ=470 мм/с и коэффициентом перекрытия пятна лазерного луча 0,3 (Патент на изобретение РФ №2711389, опубл. 17.01.2020).

К недостаткам данного способа можно отнести высокую себестоимость проведения упрочнения и получение хрупкой поверхности.

Известен способ упрочнения лезвий рабочих органов, включающий использование плазмы дугового разряда обратной полярности между электродоми упрочняемой поверхностью лезвия с перемещением электрода вдоль упрочняемой поверхности пульсирующей дугой, при этом упрочняют лезвия рабочих органов, выполненных из высокопрочного чугуна ВЧ50, а в качестве электрода используют вольфрамовый электрод, который осуществляет осевые продольные колебания с частотой 4-8 Гц и который перемещают по упрочняемой поверхности со скоростью 0,4-1,5 см/с, при этом время каждого контакта вольфрамового электрода с упрочняемой поверхностью составляет 0,08 с (Патент на изобретение РФ №2718521, опубл. 08.04.2020).

Недостатком является получение лезвий рабочих органов с недостаточной толщиной упрочнения, что незначительно увеличивает износостойкость и ресурс режущей части.

Известен способ получения отливки рабочего органа почвообрабатывающей машины, включающий изготовление песчано-глинистой формы, установку в форму холодильников, заливку чугуна в форму и последующее охлаждение кристаллизующегося металла, при этом устанавливают стальные холодильники объемом 3⋅10^-8 на квадратный миллиметр отбеливаемой поверхности в клинообразной режущей части отливки, толщина сечения которой возрастает от 2-3 до 25-35 мм, и используют чугун с содержанием углерода 3,3-3,6%, кремния 1,21-1,53%, марганца 0,4-0,7%, магния 0,4-0,6% и серы ≤0,02%, который заливают в сырую песчано-глинистую форму при температуре 1360…1430°С (Патент на изобретение РФ №2649190, опубл. 30.03.2018).

К недостаткам данного способа можно отнести высокую трудоемкость изготовления износостойких рабочих органов.

Известен способ упрочнения лезвий рабочих органов почвообрабатывающих орудий из высокопрочного чугуна, включающий нагрев поверхности тыльной стороны лезвия электрической дугой обратной полярности с использованием электрода путем его перемещения по криволинейной траектории, образованной линейным перемещением параллельно острой кромки лезвия и вращением вокруг вертикальной оси, при этом нагрев поверхности тыльной стороны лезвия осуществляют вольфрамовым электродом постоянным током, при этом диаметр вращения электрода вокруг вертикальной оси задают равным ширине лезвия, причем за один оборот электрода вокруг вертикальной оси линейное перемещение составляет 3 мм, а частоту вращения ω определяют по зависимости ω=k⋅30 мин^-1, где k=1,5 при толщине лезвия 2,0≤δ≤3,0 мм, k=1,0 при толщине лезвия 3,1≤δ≤5,0 мм, k=0,8 при толщине лезвия 5,1≤δ≤7,0 мм.

(Патент на изобретение РФ №2679673, опубл. 12.02.2019).

К недостаткам данного способа можно отнести упрочнение ограниченного размерного ряда рабочих органов по толщине лезвия.

Известен способ лазерного термоупрочнения, включающий лазерное воздействие на поверхность инструмента, при этом формируют пятно лазерного луча с определенной мощностью пучка, при этом обрабатывают поверхность режущих частей и лезвий рабочих органов инструмента из высокопрочного чугуна ВЧ50 многоканальным СО₂ - лазером с непрерывным режимом работы, формируют пятно лазерного луча с мощностью пучка Р=1,8 кВт, при этом диаметр пятна лазерного луча в зоне обработки формируют равным d=9 мм, обрабатывают со скоростью перемещения υ=450 мм/с и коэффициентом перекрытия пятна лазерного луча 0,3 (Патент на изобретение РФ №2700903, опубл. 23.09.2019).

К недостаткам данного способа термоупрочнения относится ограниченное применение материала рабочих органов, трудоемкость технологического процесса.

Известен способ термообработки режущего инструмента из высокопрочного чугуна для разработки грунтов, включающий лазерное воздействие на поверхность инструмента, при этом формируют пятно лазерного луча с определенной мощностью пучка, при этом обрабатывают поверхность режущих частей и лезвий рабочих органов режущего инструмента из высокопрочного чугуна ВЧ50 многоканальным СО₂ - лазером с непрерывным режимом работы, формируют пятно лазерного луча с мощностью пучка Р=2,1 кВт, при этом диаметр пятна лазерного луча в зоне обработки формируют равным d=9 мм, обрабатывают со скоростью перемещения υ=480 мм/с и коэффициентом перекрытия пятна лазерного луча 0,3 (Патент на изобретение РФ №2700900, опубл. 23.09.2019).

К недостаткам данного способа можно отнести то, что термообработку проводят только для чугуна ВЧ50, применяется технологический процесс с высокой трудоемкостью.

Известен способ термоупрочнения лезвия почвообрабатывающего орудия из высокопрочного чугуна ВЧ70, включающий нагрев поверхности тыльной стороны лезвия почвообрабатывающего орудия электрической дугой обратной полярности с использованием электрода, перемещение указанного электрода по криволинейной траектории, образованной линейным перемещением электрода параллельно острой кромке лезвия почвообрабатывающего орудия и вращением электрода вокруг вертикальной оси, при этом упомянутый нагрев поверхности тыльной стороны лезвия осуществляют вольфрамовым электродом, подключенным к источнику постоянного тока, а вращение электрода вокруг вертикальной оси осуществляют по криволинейной траектории с диаметром, равным ширине лезвия, при этом за один оборот электрода вокруг своей оси его линейное перемещение составляет 3 мм при толщине лезвия, равной не менее 6 мм, и частоте вращения электрода ω вокруг своей оси, определяемой зависимостью ω=23k мин^-1, при этом k=1,5 при ширине лезвия 2,0≤δ≤4,0 см, или k=1,0 при ширине лезвия 4,1≤δ≤6,0 см, или k=0,8 при ширине лезвия 6,1≤δ≤8,0 см (Патент на изобретение РФ №2693668, опубл. 03.07.2019).

К недостаткам данного способа можно отнести упрочнение ограниченного размерного ряда рабочих органов по ширине лезвия.

Известен способ упрочнения режущей части рабочих органов, включающий использование плазмы дугового разряда обратной полярности между электродом и упрочняемой поверхностью с перемещением электрода вдоль упрочняемой поверхности пульсирующей дугой, при этом упрочняют режущую часть рабочих органов, выполненных из высокопрочного чугуна ВЧ50, в качестве электрода используют вольфрамовый электрод, который осуществляет осевые продольные колебания с частотой 4-8 Гц и перемещается по упрочняемой поверхности со скоростью 0,4-1,5 см/с, при этом время каждого контакта вольфрамового электрода с упрочняемой поверхностью составляет 0,06-0,07 с (Патент на изобретение РФ №2717443, опубл. 23.03.2020).

Недостатком является упрочнение режущей части рабочих органов с недостаточной толщиной упрочнения, что незначительно увеличивает износостойкость и ресурс режущей части.

Известен способ восстановления долот лемехов плугов, который включает удаление изношенной режуще-лезвийной части долота, изготовление компенсирующего элемента из листовой рессорно-пружинной стали и его приваривание к восстанавливаемому долоту, в качестве износостойкого материала используют пасту на основе никеля, наносимую на тыльную сторону компенсирующего элемента, а после затвердевания пасты проводят наплавку электрической дугой прямой полярности с использованием вибрирующего угольного электрода (Патент на изобретение РФ №2575531, опубл. 20.02.16).

Недостатком данного способа является недостаточная прочность наплавленного слоя из-за возникновения пор, появление которых неизбежно при вибродуговой наплавке.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа является способ восстановления с упрочнением долот глубокорыхлителей, включающий удаление изношенной режуще-лезвийной части долота, изготовление накладной пластины из листовой рессорно-пружинной стали и ее приваривание к восстанавливаемому долоту, упрочнение поверхности накладной пластины путем наплавки износостойкого материала, при этом упрочнение на всей площади поверхности накладной пластины проводят плазменной наплавкой на обратной полярности при силе тока 180-230 А и подаче порошка 50 г/мин, а в качестве износостойкого материала используют порошок с содержанием 55-60% карбида вольфрама с размером частиц 20 мкм (Патент на изобретение РФ №2680332, опубл. 19.02.2019).

Задачей изобретения является повышение долговечности восстановленных и упрочненных рабочих органов почвообрабатывающих машин.

Техническим результатом изобретения является повышение твердости и износостойкости восстановленных рабочих органов в условиях интенсивного абразивного изнашивания.

Технический результат достигается способом восстановления ресурса рабочих органов почвообрабатывающих машин, включающий удаление изношенной режуще-лезвийной части долота, изготовление накладной пластины из стали полосового проката и ее приваривание к восстанавливаемому долоту, упрочнение поверхности накладной пластины путем наплавки износостойкого материала по всей площади поверхности накладной пластины, при этом используют шарикоподшипниковую сталь ШХ9 полосового проката шириной 14 мм, толщиной 5,5 мм, нарезают прокат по размеру режущей части, приваривают параллельно режущей части, упрочнение проводят электродуговой наплавкой постоянным током обратной полярности под слоем флюса при силе тока 170-230 А, диаметре электродной проволоки 2-2,2 мм, напряжении 30-32 В, скорости наплавки 20-25 м/ч и скорости подачи электродной проволоки 100-130 м/ч, а в качестве износостойкого материала используют электродную проволоку состава, %: С - 1,9; Mn - 0,9; Si - 1,1; Al - 0,6; Cr - 7,5; Ni - 6,5; Мо - 1,0; V - 0,5; Fe - остальное, при этом толщина наплавленного слоя составляет 2,2-2,6 мм, его твердость - 57-58 HRC.

Примеры конкретных выполнений.

Пример 1.

Вначале удаляется изношенная режуще-лезвийная часть долота. Для этого используются угловые шлифовальные машины.

Далее из шарикоподшипниковой стали ШХ9 полосового проката шириной 14 мм, толщиной 5,5 мм нарезают прокат по размеру (длине) режущей части, приваривают параллельно режущей части, получают накладную пластину (новая режуще-лезвийная часть).

Приваривают изготовленную накладную пластину к восстанавливаемому рабочему органу способом сварки КТС (контактно-точечная сварка).

Поверхность накладной пластины упрочняют за счет наплавки износостойкого материала на всей площади пластины. Наплавку износостойкого материала осуществляют электродуговой наплавкой постоянным током обратной полярности под слоем флюса при силе тока 170 А, диаметре электродной проволоки 2 мм, напряжении 30 В, скорости наплавки 20 м/ч и скорости подачи электродной проволоки 100 м/ч, а в качестве износостойкого материала используют электродную проволоку состава, %: С - 1,9; Mn - 0,9; Si - 1,1; Al - 0,6; Cr - 7,5; Ni - 6,5; Мо - 1,0; V - 0,5; Fe - остальное, при этом толщина наплавленного слоя составляет 2,2 мм, его твердость 57 HRC. Благодаря наплавленному слою, полученному на восстанавливаемых и упрочняемых рабочих органах, повышаются твердость и износостойкость в условиях интенсивного абразивного изнашивания.

В результате износостойкость восстановленных и упрочненных рабочих органов при обработке почв увеличивается в среднем в 2,6 раза.

Пример 2.

Вначале удаляется изношенная режуще-лезвийная часть долота. Для этого используются угловые шлифовальные машины.

Далее из шарикоподшипниковой стали ШХ9 полосового проката шириной 14 мм, толщиной 5,5 мм нарезают прокат по размеру (длине) режущей части, приваривают параллельно режущей части, получают накладную пластину (новая режуще-лезвийная часть).

Приваривают изготовленную накладную пластину к восстанавливаемому рабочему органу способом сварки КТС (контактно-точечная сварка).

Поверхность накладной пластины упрочняют за счет наплавки износостойкого материала на всей площади пластины. Наплавку износостойкого материала осуществляют электродуговой наплавкой постоянным током обратной полярности под слоем флюса при силе тока 230 А, диаметре электродной проволоки 2,2 мм, напряжении 32 В, скорости наплавки 25 м/ч и скорости подачи электродной проволоки 130 м/ч, а в качестве износостойкого материала используют электродную проволоку состава, %: С - 1,9; Mn - 0,9; Si - 1,1; Al - 0,6; Cr - 7,5; Ni - 6,5; Mo - 1,0; V - 0,5; Fe - остальное, при этом толщина наплавленного слоя составляет 2,2-2,6 мм, его твердость 58 HRC. Благодаря наплавленному слою, полученному на восстанавливаемых и упрочняемых рабочих органах, повышаются твердость и износостойкость в условиях интенсивного абразивного изнашивания.

В результате износостойкость восстановленных и упрочненных рабочих органов при обработке почв увеличивается в среднем в 3,7 раза.

Таким образом, заявленный способ восстановления ресурса рабочих органов почвообрабатывающих машин обеспечивает повышение твердости и износостойкости восстановленных рабочих органов в условиях интенсивного абразивного изнашивания.

Изобретение относится к восстановлению изношенных деталей с применением сварки и может быть использовано при восстановлении рабочих органов почвообрабатывающих машин. Способ включает удаление изношенной режуще-лезвийной части долота, изготовление накладной пластины из стали полосового проката и ее приваривание к восстанавливаемому долоту, упрочнение поверхности накладной пластины путем наплавки износостойкого материала по всей площади поверхности накладной пластины, при этом используют шарикоподшипниковую сталь ШХ9 полосового проката шириной 14 мм, толщиной 5,5 мм, нарезают прокат по размеру режущей части, приваривают параллельно режущей части, упрочнение проводят электродуговой наплавкой постоянным током обратной полярности под слоем флюса при силе тока 170-230 А, диаметре электродной проволоки 2,0-2,2 мм, напряжении 30-32 В, скорости наплавки 20-25 м/ч и скорости подачи электродной проволоки 100-130 м/ч, а в качестве износостойкого материала используют электродную проволоку состава, мас. %: С 1,9, Mn 0,9, Si 1,1, Al 0,6, Cr 7,5, Ni 6,5, Мо 1,0, V 0,5, Fe остальное, при этом толщина наплавленного слоя составляет 2,2-2,6 мм, а его твердость - 57-58 HRC. Изобретение позволяет повысить твердость и износостойкость восстановленного долота в условиях интенсивного абразивного изнашивания. 2 пр.

Способ восстановления рабочего органа почвообрабатывающих машин, включающий удаление изношенной режуще-лезвийной части рабочего органа в виде долота, изготовление накладной пластины из стали полосового проката и ее приваривание к восстанавливаемому долоту, упрочнение поверхности накладной пластины путем наплавки износостойкого материала по всей площади поверхности накладной пластины, отличающийся тем, что используют шарикоподшипниковую сталь ШХ9 полосового проката шириной 14 мм, толщиной 5,5 мм, нарезают прокат по размеру режущей части, приваривают параллельно режущей части, упрочнение проводят электродуговой наплавкой постоянным током обратной полярности под слоем флюса при силе тока 170-230 А, диаметре электродной проволоки 2,0-2,2 мм, напряжении 30-32 В, скорости наплавки 20-25 м/ч и скорости подачи электродной проволоки 100-130 м/ч, а в качестве износостойкого материала используют электродную проволоку состава, мас. %: С 1,9, Mn 0,9, Si 1,1, Al 0,6, Cr 7,5, Ni 6,5, Мо 1,0, V 0,5, Fe остальное, при этом толщина наплавленного слоя составляет 2,2-2,6 мм, а его твердость - 57-58 HRC.