СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ ДОЛОТ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН ЛАЗЕРНОЙ НАПЛАВКОЙ Российский патент 2025 года по МПК B23P6/04 B23K26/14 A01B15/04 B82Y30/00 

Изобретение относится к способу восстановления изношенных деталей с применением наплавки и может быть использовано при восстановлении долот почвообрабатывающих машин (глубокорыхлителей, культиваторов, плугов и т.д.).

Повышение долговечности пахотных орудий представляет собой одну из ключевых задач в области обработки почвы. Для решения этой проблемы применяются различные методы восстановления и упрочнения поверхности рабочих органов почвообрабатывающих машин, которые функционируют в условиях интенсивного абразивного износа. 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 РФ RU 2575531 G1, 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 долот глубокорыхлителей с одновременным упрочнением их рабочей поверхности, который включает удаление изношенной режуще-лезвийной части долота, изготовление накладной пластины из листовой рессорно-пружинной стали и приваривание ее к восстанавливаемому долоту, в качестве износостойкого материала используется порошок с содержанием 55-60% карбида вольфрама с размером частиц 20 мкм, наносимый плазменной наплавкой (Патент РФ RU 2680332 C2, 19.02.19) (прототип).

Недостатком данного способа является высокий подвод тепла к основному материалу, что может привести к тепловой деформации восстанавливаемого долота.

Задачей изобретения является повышение долговечности восстановленных и упрочненных долот почвообрабатывающих машин.

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

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются следующим образом.

В начале удаляется изношенная режуще-лезвийная часть долота. Для этого используются угловые шлифовальные машины, например, модели МШУ-150/1200, и круг отрезной марки KRAFTOOL 36250-150-2.5 150×2,5×22,23 А46Т 8F по ГОСТ Р 52588-2006 или аппараты для воздушно-плазменной резки.

Далее из листовой рессорно-пружинной стали твердостью 37…41 HRC изготавливается накладная пластина (новая режуще-лезвийная часть). Также могут использоваться автомобильные рессоры, потерявшие упругость, но имеющие твердость не ниже 36 HRC. Форма и размеры изготавливаемой накладной пластины в каждом конкретном случае определяются в зависимости от величины износа режуще-лезвийной части долота.

Затем осуществляется приваривание изготовленной накладной пластины к восстанавливаемому долоту почвообрабатывающей машины сплошным швом с двух сторон без разделки кромок. При этом используется ручная электродуговая сварка и электроды для сварки углеродистых сталей марки УОНИ диаметром 3 мм. Сила тока при сварке составляет 140…150 А. После приварки пластины затачивается с образованием лезвия на обдирочно-шлифовальном станке.

Поверхность накладной пластины упрочняется за счет наплавки износостойкого материала на рабочей поверхности пластины. В качестве износостойкого материала используется смесь порошков, включающая 43-48% железной основы, например, ПГ-С27 «Сормайт», с размерами частиц 80 мкм, 50-55% упрочняющей фазы в виде карбида вольфрама c размерами частиц 15 мкм и 2% нанопорошка оксида алюминия Al₂O₃ с размерами частиц 70 нм.

Наплавка износостойкого материала осуществляется на установках для лазерной наплавки типа роботизированной системы наплавки и упрочнения TST-LFR3000, которая представляет собой компактную и мобильную систему лазерной наплавки на различные поверхности, в т.ч. тела вращения. Основными компонентами являются мобильный робот, лазерный источник мощностью 3000 Вт, система подачи порошка, головка лазерной наплавки и система управления. Процесс наплавки задается системой управления, которая регулирует скорость наплавки, подачу порошка и мощность светового пучка в зависимости от количества подаваемого наплавляемого материала. Луч, генерируемый станком, на поверхности изделия создает ванну расплава. В эту зону подают порошок при помощи транспортирующего газа, который, одновременно, является и защитным. Чаще всего в роли такого газа применяется аргон. В результате образуется наплавленный слой, имеющий мелкозерную ледебуритную структуру дендритно-ячеистого типа, обладающий наилучшей сопротивляемостью при абразивном износе.

Наплавку ведут на следующих режимах: мощность лазерного излучения 2000 Вт, скорость перемещения оптической головки 5 мм/с, массовый расход порошка 17 г/мин, расход аргона 20 л/мин. Толщина наплавленного слоя составляет 1,5…1,8 мм, его твердость - 78…80 HRC.

Благодаря тому, что наплавленный слой, полученный на восстанавливаемом и упрочняемом долоте, имеет железную основу и, в составе, присутствуют карбид вольфрама и наноразмерный Al₂O₃, восстановленные и упрочненные долота 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.

Применение лазерной наплавки для упрочнения долот почвообрабатывающих машин позволяет повысить твердость наплавленного слоя рабочей поверхности долота в среднем на 40-45% по сравнению с традиционными способами восстановления и является равноценным по сравнению с прототипом, исключая указанный недостаток. Износостойкость долота в условиях интенсивного абразивного изнашивания увеличивается на 40-50%. В результате долговечность восстановленных и упрочненных долот почвообрабатывающих машин при обработке почв, обладающих высокой изнашивающей способностью, увеличивается в среднем в 1,8-2,1 раза.

Изобретение относится к ремонту изношенных деталей с применением наплавки и может быть использовано при восстановлении рабочих органов почвообрабатывающих машин, преимущественно долот глубокорыхлителей. В способе удаляют изношенную режуще-лезвийную часть долота, изготавливают накладную пластину из листовой рессорно-пружинной стали, приваривают ее к восстанавливаемому долоту, упрочняют тыльную сторону накладной пластины посредством наплавки износостойкого материала. Упрочнение проводят на рабочей поверхности накладной пластины лазерной наплавкой при мощности лазерного излучения 2000 Вт, скорости перемещения оптической головки 5 мм/с, массовом расходе порошка 17 г/мин, расходе аргона 20 л/мин, а в качестве износостойкого материала используют смесь порошков, состоящую из 43-48 % железной основы с размерами частиц 80 мкм, 50–55 % упрочняющей фазы в виде карбида вольфрама c размерами частиц 15 мкм и 2 % нанопорошка оксида алюминия Al₂O₃ с размерами частиц 70 нм. Технический результат заключается в повышении твердости и износостойкости восстановленных и упрочненных долот почвообрабатывающих машин в условиях интенсивного абразивного изнашивания, при этом износотойкость долота увеличивается на 40-50 %, а долговечность увеличивается в 1,8-2,1 раза. 1 з.п. ф-лы.

1. 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 тыльной стороны накладной пластины посредством наплавки износостойкого материала, отличающийся тем, что упрочнение проводят на рабочей поверхности накладной пластины лазерной наплавкой при мощности лазерного излучения 2000 Вт, скорости перемещения оптической головки 5 мм/с, массовом расходе порошка 17 г/мин, расходе аргона 20 л/мин, а в качестве износостойкого материала используют смесь порошков, состоящую из 43-48 % железной основы с размерами частиц 80 мкм, 50-55 % упрочняющей фазы в виде карбида вольфрама c размерами частиц 15 мкм и 2 % нанопорошка оксида алюминия Al₂O₃ с размерами частиц 70 нм.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве железной основы используют ПГ - С27 «Сормайт».