СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ СТРЕЛЬЧАТОЙ ЛАПЫ С ОДНОВРЕМЕННЫМ УПРОЧНЕНИЕМ Российский патент 2025 года по МПК B23P6/00 B23K9/04 A01B35/20 

Изобретение относится к способу восстановления изношенных деталей с применением лазерной наплавки и может быть использовано при восстановлении стрельчатых лап, устанавливаемых на различные почвообрабатывающие агрегаты (культиваторы, глубокорыхлители и т.д.).

Повышение ресурса пахотных орудий является одной из основных проблем при обработке почвы. Для этой цели используются различные варианты восстановления и упрочнения поверхности рабочих органов почвообрабатывающих машин, которые работают в условиях повышенного абразивного изнашивания.

Известен способ восстановления культиваторных лап, который включает удаление изношенной рабочей части лапы, изготовление угловой пластины из рессорно–пружинной стали и ее приваривание к восстанавливаемой лапе, в качестве износостойкого материала используют пасту, содержащую порошок на никелевой основе ПГ-10Н-01, карбид вольфрама и криолит, наносимую на противоположную, относительно лезвия, поверхность угловой пластины и после затвердевания расплавляют электрической дугой с использованием вибрирующего графитового электрода (Патент РФ RU 2540316 C1, 10.02.15). Недостатком данного способа является недостаточная прочность нанесенной поверхности из-за возникновения пор, появление которых неизбежно при вибрации электрода.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ восстановления стрельчатых лап пропашных культиваторов почвообрабатывающих машин, с тыльной стороны лапы культиватора формируют запас металла в области носка и по длине лезвия путем наплавки электродом с получением объема наплавленного металла, обеспечивающего восстановление нормированных размеров лапы, при этом оттяжку лапы осуществляют горячим деформированием с использованием формообразующей оправки, копирующей форму носка и лезвия лапы, с последующим упрочнением путем закалки (Патент РФ RU 2443523 С2, 27.02.2012) (прототип).

Недостатком данного способа является высокая трудоемкость процесса восстановления, включающего три различных операции требующих большого парка технологического оборудования. При этом, во время упрочнения, путем наплавки упрочняющих валиков, возникает перегрев детали, вследствие чего происходят структурные изменения материала.

Задачей изобретения является повышение долговечности восстановленных и упрочненных стрельчатых лап почвообрабатывающих машин.

Техническим результатом изобретения является повышение твердости и износостойкости восстановленных стрельчатых лап почвообрабатывающих машин в условиях интенсивного абразивного изнашивания.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются следующим образом.

Восстановление изношенной части стрельчатых лап осуществляется следующим образом. Стрельчатая лапа закрепляется на поверхности рабочего стола роботизированной системы, например, Fanuc Arc Mate 100iD, которая представляет собой компактную и мобильную систему плазменной наплавки на различные поверхности. Основными компонентами этой системы являются мобильный робот, источники питания плазменной дуги и дуги с плавящегося электрода (МИГ дуги) мощностью по 3000 Вт, система подачи проволоки, головка плазменной горелки, система управления и рабочий стол. Первым этапом является удаление изношенной рабочей части восстанавливаемой лапы, с формированием тела детали в виде угловой пластины с неравными размерами крыльев, с использованием воздушно-плазменной резки. Неравные размеры образуются в результате неодинакового износа, вызванного особенностями работы лапы в зависимости от расположения детали на раме орудия или неправильной установки. Вторым этапом является процесс наплавки, задаваемый системой управления, которая регулирует скорость наплавки, подачу проволоки мощность плазменной струи в зависимости от количества подаваемого наплавляемого материала. Плазменная струя, генерируемая роботизированной системой (дуговым разрядом и плазмообразующим газом), на поверхности изделия создает ванну расплава. В эту зону подают расплавленный материал проволоки струей плазмы при помощи транспортирующего газа, который, одновременно, является и защитным.

Струя плазмы, генерируемая в плазмотроне достигает температуры до 10000°С на выходе из сопла, соприкасается с порошковой проволокой. Под действием высокой температуры смесь тугоплавких порошков проволоки расплавляется и под высоким давлением равномерно наносится на изношенную поверхность стрельчатой лапы. В результате образуется наплавленный слой, имеющий мелкозерную ледебуритную структуру дендритно-ячеистого типа, обладающий наилучшей сопротивляемостью при абразивном износе.

Наплавку осуществляют на следующих режимах: ток плазменной дуги I_д = 140 А, ток дуги плавящегося электрода I_э = 250 А; напряжение дуги U = 35 В; скорость подачи проволоки V_пров = 5,8 м/мин; скорость перемещения горелки V_нап = 88 см/мин; объем подаваемого в сварочную горелку газа Q_защ = 6,5 л/мин; объем газа, подаваемого в плазмообразующее сопло, Q_пл = 3 л/мин. Глубина проплавления - 0,45 мм. Нагрев детали не более 150°С. Толщина наплавленного слоя составляет 2,5 плюс, минус 0,1 мм, твердость не менее 70 HRC.

Процесс нанесения расплавленной порошковой проволоки происходит пошовно, встык ранее наплавленного шва, с его перекрытием до 20%. Это выполняется для получения равномерной восстановленной поверхности стрельчатой лапы. При этом наплавочная плазменная горелка управляется роботизированной системой Fanuc Arc Mate 100iD при нанесении слоев в зависимости от размеров 3D-модели стрельчатой лапы. 3D-модель стрельчатой лапы закладывается в управляющее устройство роботизированной системы Fanuc Arc Mate 100iD. Процесс нанесения расплавленного материала происходит до момента формирования заданной 3D-модели стрельчатой лапы.

Далее процесс повторяется. При этом нанесение расплавленного порошка происходит на ранее нанесенный слой металла. Для получения толщины металла 5 мм осуществляется нанесение двух слоев металла.

В качестве износостойкого материала в наплавляемой порошковой проволоке используется смесь: 43-48% железо-углеродистой основы, например, включающая, материал оболочки сталь 09Г2С и наполнитель марганцовистый чугун, модифицированный церием с размерами частиц 30-40 мкм; 50–55% упрочняющей фазы в виде карбида вольфрама, например, сплава ВК-6 c размерами частиц 10-15 мкм и 2% нанопорошка оксида алюминия Al₂O₃ с размерами частиц 50 нм.

Благодаря тому, что полученный наплавленный слой имеет железную основу и, в составе, присутствуют марганцовистый чугун модифицированный церием, карбид вольфрама и наноразмерный Al₂O₃, восстановленные стрельчатые лапы имеют высокие твердость и износостойкость в условиях интенсивного абразивного изнашивания. Это связано с тем, что образуется мелкозернистая ледебуритная структура дендритно-ячеистого типа с включениями твердого карбида вольфрама, обладающая наилучшей сопротивляемостью при абразивном износе. Оксид алюминия, в данном случае, будет являться модификатором, из-за которого будут образовываться дополнительные центры кристаллизации, тем самым измельчая образующуюся структуру наносимого слоя.

Завершающим этапом является контроль геометрических параметров стрельчатой лапы. При необходимости проводится механическая обработка на универсально-заточном станке. Далее выполняется контроль качества швов и измерение твердости нанесенного слоя металла к примеру, ультразвуковой. Твердость не менее 70 HRC.

Применение плазменной наплавки для восстановления стрельчатых лап позволяет повысить твердость наплавленного слоя рабочей поверхности в среднем на 30-35% по сравнению с традиционными способами восстановления и является равноценным по сравнению с прототипом, исключая указанный недостаток. Износостойкость стрельчатой лапы в условиях интенсивного абразивного изнашивания увеличивается до 50%. В результате долговечность восстановленных и упрочненных стрельчатых лап при обработке почв, обладающих высокой изнашивающей способностью, увеличивается в среднем в 1,5-2 раза.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ восстановления стрельчатой лапы с одновременным упрочнением осуществляют послойной плазменной наплавкой стрельчатой лапы по форме ее 3D-модели для формирования рабочей поверхности стрельчатой лапы при следующих режимах: ток плазменной дуги I_д = 140 А; ток дуги плавящегося электрода I_э = 250 А; напряжение дуги U = 35 В; скорость подачи проволоки V_пров = 5,8 м/мин; скорость перемещения горелки V_нап = 88 см/мин; объем подаваемого в сварочную горелку газа Q_защ = 6,5 л/мин; объем газа, подаваемого в плазмообразующее сопло, Q_пл = 3 л/мин. В качестве износостойкого материала в наплавляемой порошковой проволоке используется смесь 43-48% железо-углеродистой основы, включающая материал оболочки в виде стали 09Г2С и наполнителя в виде марганцовистого чугуна, модифицированного церием, с размерами частиц 30-40 мкм, а также 50–55% упрочняющей фазы в виде карбида вольфрама сплава ВК-6 c размерами частиц 10-15 мкм и 2% нанопорошка оксида алюминия Al₂O₃ с размерами частиц 50 нм. Обеспечивается повышение твердости и износостойкости восстановленных стрельчатых лап почвообрабатывающих машин в условиях интенсивного абразивного изнашивания.

Способ восстановления стрельчатой лапы с одновременным упрочнением, характеризующийся тем, что осуществляют послойную плазменную наплавку стрельчатой лапы по форме ее 3D-модели для формирования рабочей поверхности стрельчатой лапы при следующих режимах: ток плазменной дуги I_д = 140 А; ток дуги плавящегося электрода I_э = 250 А; напряжение дуги U = 35 В; скорость подачи проволоки V_пров = 5,8 м/мин; скорость перемещения горелки V_нап = 88 см/мин; объем подаваемого в сварочную горелку газа Q_защ = 6,5 л/мин; объем газа, подаваемого в плазмообразующее сопло, Q_пл = 3 л/мин, при этом в качестве износостойкого материала в наплавляемой порошковой проволоке используется смесь 43-48% железо-углеродистой основы, включающая материал оболочки в виде стали 09Г2С и наполнителя в виде марганцовистого чугуна, модифицированного церием, с размерами частиц 30-40 мкм, а также 50–55% упрочняющей фазы в виде карбида вольфрама сплава ВК-6 c размерами частиц 10-15 мкм и 2% нанопорошка оксида алюминия Al₂O₃ с размерами частиц 50 нм.