2890

Возрастая с ростом его толщины, остаточные напряжения могут приводить к отслоению покрытия, его растрескиванию или существенному снижению работоспособности. Опыт нанесения и эксплуатации газотермических покрытий показывает на многочисленные примеры отрицательного проявления остаточных растягивающих напряжений /12/.

Все основные факторы процесса ПНПМ можно представить в виде следующих основных групп /3, 10, 11/:

1)конструктивные и энергетические факторы, определяющие условия образования плазменной струи: конструкция плазмотрона; длина и диаметр канала сопла плазмотрона; сила тока и напряжение питания плазмотрона; вид плазмообразующего газа и его расход;

2)факторы, определяющие условия подачи порошка в плазменную струю: расход наплавляемого порошка; расход транспортирующего газа; угол подачи порошка и расстояние от места его ввода в плазменную струю до среза сопла плазмотрона;

3)факторы, определяющие условия наплавки: дистанция наплавки; угол наклона плазмотрона по отношению к наплавляемой поверхности; скорость относительного перемещения плазмотрона относительно детали; вид защитного газа и его расход;

4)факторы, определяющие свойства наплавляемого порошка: химический состав порошка; форма частиц порошка и их размеры; сыпучесть, влажность, теплопроводность, температура плавления порошка; температура предварительного подогрева порошка;

5)толщина покрытия.

Основными характеристиками восстановленных поверхностей деталей КТО, определяющими их работоспособность, являются адгезионная прочность, твердость и износостойкость нанесенного слоя материала /13/. По данным работ /1, 2, 4/ из всего многообразия факторов, определяющих свойства плазменных покрытий, на адгезионную прочность, твердость и износостойкость материала, нанесенного методом ПНПМ, наиболее значимое влияние оказывают мощность плазмотрона, расход наплавляемого порошка, дистанция наплавки и толщина покрытия.

Литература:

1. Кудинов В.В. Плазменные покрытия. М.: Наука, 1977.

184 с.

103

2. Нанесение покрытий плазмой / В.В. Кудинов, П.Ю. Пекшев, В.Е. Белащенко и др. М.: Наука, 1990. 408 с.

3.Барвинок В.А. Управление напряженным состоянием и свойства плазменных покрытий. М.: Машиностроение, 1990. 384 с.

4.Никитин М.Д., Кулик А.Я., Захаров Н.И. Теплозащитные и износостойкие покрытия деталей дизеля. Л.: Машиностроение, 1977. 168 с.

5.Хасуй А. Техника напыления. Пер. с японского. М.: Машиностроение, 1975. 288 с.

6.Кудинов В.В., Иванов В.М. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий. М.: Машиностроение, 1981. 192 с.

7.Журавлев Г.И., Кирш М. К методике определения термоупругих напряжений в покрытиях. / Кн. Защитные высокотемпературные покрытия. Л., 48. Костиков В.И., Шестерин Ю.А. Плазменные покрытия. М.: Металлургия, 1978. 160 с.

8.Костиков В.И., Шестерин Ю.А. Плазменные покрытия. М.: Металлургия, 1978. 160 с.

9.Никитин М.Д., Кулик А.Я., Захаров И.И. Напряженное состояние плазменных покрытий // Физика и химия обработки материалов. 1978. № 2. С. 131 - 136.

10.Ворошилов Г.А. Исследование и оптимизация процесса плазменной металлизации внутренних цилиндрических поверхностей автомобильных корпусных деталей: Автореф. дис. канд. техн. наук. МАДИ, 1973. 22 с.

11.Дубасов Л.М., Кудинов В.В., Шоршоров Н.Х. Термическое взаимодействие частиц с подложкой при нанесении покрытий напылением // Физика и химия обработки материалов. 1971. № 6. С. 29 - 34.

12.Антошин Е.В. Газотермическое напыление покрытий. М.: Машиностроение, 1974. 96 с.

13.Анисимов В.И., Кудинов О.В., Украинцев Б.П. Ремонт и монтаж кузнечно-прессового оборудования: Справочное пособие. М.: Машиностроение, 1973. 624 с.

104

УДК 621.8.004.6

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ ВЕЛИЧИНЫ ИЗНОСА ДЕТАЛИ, ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НАПЛАВЛЯЕМОГО ПОРОШКА, ПРИМЕНЯЕМОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПЛАЗМЕННОЙ НАПЛАВКИ

К.т.н. Шевцов А.В.

При расчете предельных износов деталей крупногабаритного технологического оборудования (КТО), с учетом взаимосвязи степени их изношенности и технико-экономических параметров процесса плазменной наплавки порошковыми материалами (ПНПМ), возникает необходимость определения оптимальных значений технологических параметров данного процесса в зависимости от толщины покрытия. Данная задача может быть решена экспериментальным методом, а также методом математического моделирования.

Эмпирическая модель такого сложного процесса, как ПНПМ, будет наиболее точно отражать взаимосвязь его выбранных независимых факторов и целевых функций /1/. С другой стороны, такая модель применима лишь для тех диапазонов и условий осуществления процесса ПНПМ, для которых она была построена. В свою очередь, теоретическая модель рассматриваемого процесса обладает значительной универсальностью, позволяет определять оптимальные значения технологических параметров ПНПМ вне зависимости от конструктивных особенностей используемого оборудования и характеристик наплавляемого порошка. Основным недостатком теоретической модели сложного многофакторного процесса является ее невысокая точность /1/. Несмотря на это, теоретическая модель оптимальных значений технологических параметров процесса ПНПМ дополняет аналогичную эмпирическую модель, а также позволяет оценивать рациональные условия проведения соответствующего эксперимента.

Адгезионная прочность и износостойкость слоя материала, полученного методом ПНПМ, в значительной степени зависят от величины остаточных растягивающих напряжений, возникающих в

105

наплавленном слое /2, 3/. Величина таких напряжений определяется толщиной нанесенного слоя материала, интервалом температур охлаждения покрытия и механическими характеристиками материалов наплавленного слоя и детали /4, 5/:

термического расширения материалов покрытия и детали

упругости первого рода материалов покрытия и детали, МПа; TП ,ТМ - температуры наплавляемого покрытия и детали с покрытием после

наплавленного порошкового покрытия в значительной степени зависят от степени оплавления частиц порошка и повышаются с ее ростом /6, 7/. С другой стороны, при увеличении степени оплавления частиц порошка возрастают растягивающие остаточные напряжения в наплавленном слое /8, 9/, что отрицательно сказывается на его прочностных и эксплуатационных характеристиках. Остаточные растягивающие напряжения также повышаются при увеличении толщины покрытия и в пределе приближаются к величине (см. формулу (1)

Таким образом, остаточные растягивающие напряжения целесообразно выбрать в качестве комплексного параметра, характеризующего механические и триботехнические свойства плазменного покрытия.

Известно, что наплавленное порошковое покрытие минимально возможной толщины (0,2 мм) имеет наилучшие прочностные и эксплуатационные характеристики в том случае, если оно было сформировано из полностью проплавленных частиц

106

порошка ( TП ТПЛ ) /6, 10/. При этом величина ОСТ имеет

оптимальное значение относительно прочностных и эксплуатационных характеристик наплавленного слоя для данных условий осуществления процесса ПНПМ. Вышесказанное выступает в качестве граничных условий расчета величины остаточных

где TПЛ - температура плавления материала покрытия, град С. Приравнивая выражения (1) и (3), получаем уравнение для

107

С учетом (6) и (7), выражение (5) принимает вид

- напряжение дуги плазмотрона, В.

КПД плазменной горелки можно вычислить с использованием следующей аналитической зависимости /10/:

108

прохождения которой последняя расплавится, м; Nu - критерий Нуссельта /6/:

Используя (12), получаем уравнение для расчета оптимального значения дистанции наплавки L

Алгоритм практического применения приведенных выше зависимостей оптимальных значений технологических параметров процесса ПНПМ состоит из следующих этапов:

2)расчет параметра TП0 по формуле (4);

3)определение КПД плазменной горелки с использованием уравнения (10);

4)расчет оптимального значения тока плазмотрона по формуле (11);

5)расчет температуры плазмообразующего газа с использованием уравнения (15);

6)определение оптимального значения дистанции наплавки по формуле (14).

Литература:

1.Хартман К. и др. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. Пер. с нем. / Под ред. к.

т. н. Э.К. Лецкого. М.: Мир, 1977. 552 с.

2.Барвинок В.А. Управление напряженным состоянием и свойства плазменных покрытий. М.: Машиностроение, 1990. 384 с.

3.Кудинов В.В., Иванов В.М. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий. М.: Машиностроение, 1981. 192 с.

109

4.Журавлев Г.И., Кирш М. К методике определения термоупругих напряжений в покрытиях. / Кн. Защитные высокотемпературные покрытия. Л., 1972. с. 315 - 321.

5.Никитин М.Д., Кулик А.Я., Захаров Н.И. Теплозащитные и износостойкие покрытия деталей дизеля. Л.: Машиностроение, 1977. 168 с.

6. Нанесение покрытий плазмой / В.В. Кудинов, П.Ю. Пекшев, В.Е. Белащенко и др. М.: Наука, 1990. 408 с.

7.Николаев А.В. / Кн. Плазменные процессы в металлургии

итехнологии неорганических материалов. М.: Наука, 1973. С. 20 - 32.

8.Александров А.В., Потапов В.Д., Державин В.П. Сопротивление материалов. М.: Высш. шк., 1995. 560 с.

9.Ляхович Л.С. Текстура и остаточные напряжения в боридных покрытиях // Физико-химическая механика материалов.

1973. № 3. С. 18 - 22.

10.Костиков В.И., Шестерин Ю.А. Плазменные покрытия. М.: Металлургия, 1978. 160 с.

11.Юшков В.И., Борисов Ю.С., Гершензон С.М. // ФХОМ. 1975. № 4. С. 20 - 22.

РАЗДЕЛ 3. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ МАШИНОСТРОЕНИЯ

УДК 681.2

ПРОЕКТИРОВАНИЕ АРХИТЕКТУРЫ ПРОГРАММНОЙ СИСТЕМЫ, ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Муранов В.А, Селезнева Т.А.

При построении автоматизированной системы технологической подготовки производства (АСТПП) в рамках автоматизированной системы управления предприятием (АСУП) обе системы должны быть, прежде всего, адекватно описаны. При

110

этом должны быть построены полные и непротиворечивые их функциональные и информационные модели. АСУП относится к категории наиболее сложных информационных систем (ИС). Опыт проектирования ИС показывает, что это логически сложная, трудоемкая и длительная по времени работа, требующая высокой квалификации участвующих в ней специалистов. Однако часто проектирование ИС выполняется в основном на интуитивном уровне с применением неформализованных методов, основанных на искусстве, практическом опыте, экспертных оценках и дорогостоящих экспериментальных проверках качества функционирования ИС. Кроме того, в процессе создания и функционирования ИС информационные потребности пользователей могут изменяться или уточняться, что еще более усложняет разработку и сопровождение таких систем.

Более того, ручная разработка обычно порождала следующие проблемы:

неадекватная спецификация требований; неспособность обнаруживать ошибки в проектных

эксплуатационные качества;

затяжной цикл и неудовлетворительные результаты тестирования и другие.

С появлением программно-технологических средств специального класса - CASE-средств, реализующих CASEтехнологию создания и сопровождения ИС ситуация изменилась. Отметим, что в настоящее время термин CASE (Computer Aided Software Engineering) используется в широком смысле. Первоначальное значение термина CASE ограничивалось вопросами автоматизации разработки только лишь программного обеспечения (ПО). Но в настоящее время оно приобрело новый смысл, охватывающий процесс разработки сложных ИС в целом. Под термином CASE-средства понимаются программные средства, поддерживающие процессы создания и сопровождения ИС, включая анализ и формулировку требований, проектирование прикладного ПО (приложений) и баз данных, генерацию кода, тестирование, документирование, обеспечение качества, конфигурационное управление и управление проектом, а также другие процессы.

111

CASE-средства вместе с системным ПО и техническими средствами образуют полную среду разработки ИС.

Автоматизация самого процесса разработки тем более необходима, что современные крупные проекты АСУП характеризуются, как правило, следующими особенностями:

сложность описания (достаточно большое количество функций, процессов, элементов данных и сложные взаимосвязи между ними), требующая тщательного моделирования и анализа данных и процессов;

наличие совокупности тесно взаимодействующих компонентов (подсистем), имеющих свои локальные задачи и цели функционирования;

отсутствие прямых аналогов, ограничивающее возможность использования каких-либо типовых проектных решений и прикладных систем;

необходимость интеграции существующих и вновь разрабатываемых приложений;

функционирование в неоднородной среде на нескольких аппаратных платформах;

разобщенность и разнородность отдельных групп разработчиков по уровню квалификации и сложившимся традициям использования тех или иных инструментальных средств;

существенная временная протяженность проекта, обусловленная, с одной стороны, ограниченными возможностями коллектива разработчиков, и, с другой стороны, масштабами организации-заказчика и различной степенью готовности отдельных ее подразделений к внедрению ИС.

Методологии, технологии и инструментальные средства проектирования CASE составляют основу проекта любой ИС, в том числе и АСУП, частью которой является АСТПП. Методология реализуется через конкретные технологии и поддерживающие их стандарты, методики и инструментальные средства, которые обеспечивают выполнение процессов ЖЦ.

Технология проектирования определяется как совокупность многих подсистем, которые связаны основными составляющими, в том числе есть три таких:

применение пошаговой процедуры, определяющей последовательность технологических операций проектирования;

112