Учебное пособие 2170

УДК621.789

А.В. Бакуменко, аспирант, Ю.С. Ткаченко, д-р техн. наук, проф.

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Вработе рассматривается вопрос изготовления и восстановления поверхностей деталей шарико-винтовых авиационных передач с последующим упрочнением. Работающих в сложных климатических условиях. Предложена технология изготовления фасонных деталей с получением износостойких поверхностей на этапе изготовления, с возможностью восстановления изношенных поверхностей

Ключевые слова: авиация, шарико-винтовая передача, аддитивные технологии, сухое трение, восстановление

Визделиях летательных аппаратов применяются детали

сразличными поверхностями, требования к которым разнообразны: повышенная износостойкость, надежность, безотказность в работе и др. Все эти требования необходимо выполнять в услови-

ях резкого перепада температур ±60, при этом возможно обледенение, при запыленной окружающей среде, в которой не возможно применение смазки, вследствие образует абразивную пасту, что в свою очередь приводит к значительному износу в кратчайшие сроки. В связи со всеми факторами возникает необходимость перехода на сухое трения с обеспечением заданного ресурса.

От технологии изготовления таких поверхностей, как и от технологии упрочнения, зависит стоимость, технологичность и ресурс деталей. Большинству деталей требуется высокая твердость 60…65 HRC при высоком качестве поверхности, не хуже Ra 0,64. Но в процессе работы, пары трения изнашиваются, поэтому требуется замена деталей на новые. Это очень острый вопрос, в виду использования импортных комплектующих в гражданской авиации. Особенно актуален вопрос в нашей стране, в виду импортозамещения и различных санкций.

Цель исследования, получение технологии изготовления и восстановления изнашиваемых поверхностей твердость 60…65

200

HRC Ra 0.64÷0.4 работающих в условиях сухого трения, непосредственным применением аддитивных технологий.

Под восстановлением поверхности подразумевается восстановление поверхностного профиля в соответствии с КД на восстанавливаемую деталь или эталоном (новая деталь). Восстановление поверхности осуществляется как правило методом наращивания, например, наплавка с последующей механической обработкой.

На рис.1 представлена шарико-винтовая передача разработанная на предприятии АО Корпорация «РИФ». На рис. 2 представлена одна из деталей данного механизма.

Габаритные размеры и фасонные поверхности данного механизма очень малы, а твердость поверхности винта и гаек 60…62 HRC при чистоте поверхности Ra 0,4. Кроме того ситуация осложняется применяемым материалом. В классическом варианте изготовления шарико-винтовой передачи (ШВП) применяется шарикоподшипниковая сталь, которая беспрепятственно закаливается до заданной твердости после чего шлифуется. В данной конструкции применяется низкоуглеродистая сталь аустенитного класса 03Х11Н10М2, которой обосновывается сложными условиями работы механизма. Как показывает практика, данная марка стали не подвергается закалке в отличии от стали ШХ-15, по причине низкого содержания углерода. Классический метод упрочнения данного класса стали – насыщение поверхности азотом однако азотирования протекает при температуре 500, вследствие чего может возникать коробление и происходить охрупчивание стали. При этом качество поверхности так же снижается.

Рис. 1. Шарика-винтовая передача.

201

В ходе процесса упрочнения контактирующих поверхностей происходит повторная термическая обработка детали, в данном случаи практические испытания показали, что на деталях прошедших азотирование, по окончании прикатки, наблюдалось усталостное выкрашивание. Это связанно с тем, что первоначальная твердость как поверхности так и сердцевины детали 46 HRC, но после процесса упрочнения происходит отпуск и деталь теряет твердость. А именно поверхность имеет твёрдость 60…62 HRC, а сердцевина 25…30 HRC, под действием удельных давлений и происходит усталостное выкрашивание и отслоение упрочненной поверхности [3].

Рис. 2. Обрабатываемая деталь

При анализе альтернативных технологий изготовления аналогичных узлов, а так же упрочнения рабочих поверхностей, оптимальным и перспективным методом является 3-D печать в виду возможности получения сложных фасонных поверхностей с обеспечением высокой точности [1]. На рис.3 представлен процесс доработки детали на гибридном оборудовании

Рис. 3. Процесс доработки детали на гибридном оборудовании

202

В процессе изготовления производится печать детали, с последующей механической обработкой ответственных поверхностей. Так одна из европейских компаний производящих станочное оборудование создала экспериментальный образец 5-ти координатного фрезерного станка с функцией 3-D печать с лазерной головкой мощностью порядка 3 кВт [4]. Как видно из рисунка 3 на детали выращивается прилив с технологическим припуском, который в последствии обрабатывается.

Нами предлагается проводить изготовление и восстановление деталей с использованием аддитивных технологий. Идея заключается в том, что бы в процессе печати детали ответственные поверхности, подверженные износу, выращивались из комбинации материалов, то есть на выходе мы получаем деталь с упрочненной поверхностью, которая имеет три зоны:

–основной материал (материал конструкции);

–переходная зона;

–легированный упрочненный слой.

Полученный профиль не всегда соответствует качеству и точности поверхности, в качестве решения данной проблемы выступает лазерное выглаживание и эрозионные методы обработки.

Технология лазерного выглаживания предусматривает два варианта [4]:

–выглаживание с оплавлением на заданную глубину;

–выглаживание с получением «металлического стекла». Оба метода предусматривают оплавление микронеровно-

сти, что приводит к снижению шероховатости поверхности. Данный метод не снижает полученную твердость покрытия, наоборот способствует процессу упрочнения полученного износостойкого слоя [2].

Изготовление или восстановление детали предложенным способом позволяет:

–повысить ресурс и надежность узла;

–экономия как конструкционных, так и дорогостоящих материалов;

–повышение адгезионной прочности подложки и покры-

тия;

–восстановление деталей со сложным профилем;

203

– оптимизация технологического процесса.

Данные факторы, позволяют, применяя различные материалы достигать требуемых характеристик пар сухого трения, так же расширить спектр применения подшипников скольжения, работающих в режиме сухого трения.

На основе данного практически-теоретического материала можно сделать вывод. На сегодняшний день аддитивные технологии - перспективный метод изготовления и восстановления деталей, его применение в области авиации и машиностроения наиболее оптимально и целесообразно в сравнении с другими методами. Внедрение данной технологии изготовления деталей, позволит повысить, как качество продукции так возможность конкурировать с зарубежными производителями, а так же производить ремонт уникальных деталей машин.

Литература

1.М.А. Зленко, М.В. Нагайцев, В.М. ДовбышАддетивные технологии в машиностроении // пособие для инженеров– М. ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ» 2015.

2.Григорьянц А.Г. Шиганов И.Н. Оборудование и технология лазерной обработки материалов. Учеб. Для ПТУ.-М.: Высш. шк., 1990.

3.Международный информационно-технический журнал «Оборудование и инструмент для профессионалов» металлообработка №5 2015

4.Бакуменко А.В. Ткаченко Ю.С. Трифонов Г.И. «Некоторые аспекты комбинированных методов обработки стальных деталей». Материалы Всероссийской научно-технической интер- нет-конференции «Высокие технологии в машиностроении». Самара, 2016.

Воронежский государственный технический университет

204

УДК 621.793.

М.Н. Краснова, канд. техн. наук, доц., Д.В. Коломиец, студент

НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ В СФЕРЕ АВИАЦИИ

В статье рассматриваются основные методы неразрушающего контроля, применяемые в авиационной промышленности

Ключевые слова: неразрушающий контроль, авиация, магнитопорошковый контроль, капиллярный контроль, токовихревой контроль, рентгенографический контроль

Успешное решение задач боевого применения авиационной техники и обеспечение безопасности полетов во многом зависит от ее надежности. Силовые элементы конструкции летательных аппаратов испытывают огромные статические и динамические нагрузки. Многие детали работают в условиях вибрационных нагрузок. Это приводит к образованию усталостных трещин и разрушению деталей. Одним из способов предотвращения разрушения деталей и, следовательно, и летных катастроф является своевременное обнаружение этих самых трещин методами дефектоскопии. В данный момент пользуются четырьмя основными методами дефектоскопии:

-магнитопорошковый -капиллярный -токовихревой -рентгеновский

Магнитопорошковый метод контроля основывается на обнаружении нарушения целостности магнитного поля в теле детали, образующегося над самим дефектом. Для проведения проверки данным методом на саму деталь наносят магнитный порошок или суспензию. Затем вносят деталь в магнитное поле, где частицы порошка выстраиваются, образуя бугорок над дефектом. Размеры этого бугорка в несколько раз превышают размеры дефекта, что делает сам дефект способным к обнаружению. Магнитопорошковый контроль является основным при проверке деталей из ферромагнитных материалов. Им проверяют большинство сталь-

205

ных деталей при капитальном ремонте самолёта. Более того, он позволяет проверять детали (в том числе и крупногабаритные) непосредственно в самой конструкции самолёта.

Рис. 1. Обнаружение дефекта магнитопорошковым методом: 1. – дефект, 2. – магнитное поле

Капиллярный контроль позволяет обнаружить плохо видимые дефекты, выходящие на поверхность. Для обнаружения на предварительно зачищенную поверхность наносят пенетрант. Пенетрант попадает в дефекты и остается там. Далее его убирают с детали, при этом пенетрант остается в полости дефекта. Затем наносят проявитель, который с помощью капиллярного эффекта как бы вытягивает пенетрант наружу, благодаря чему появляется яркий индикаторный цвет, который можно рассмотреть с помощью лупы или невооруженным глазом. Метод используется в основном для контроля деталей из немагнитных материалов. Так как метод требует предварительного снятия лакокрасочного покрытия, в полевых условиях его применение становится невозможным, поэтому чаще всего он применяется на авиаремонтных предприятиях.

Рис. 2. Дефект, обнаруженный с помощью капиллярного метода контроля

206

Токовихревой метод контроля. Сущность этого способа состоит в изменении конфигурации токов Фуко в детали в зависимости от формы. Вихревые токи образуются в объекте контроля благодаря первичному электромагнитному полю, создаваемому катушкой вихретокового преобразователя, по которой протекает переменный ток. Вихревые токи создают в исследуемой детали вторичное электромагнитное поле, которое воздействуя на катушку вихретокового преобразователя, даёт дополнительное сопротивление, пропорциональное плотности этих токов. Показатели вихретокового преобразователя будут зависеть от характера распределения вихревых токов в исследуемом части детали, который в свою очередь зависит от сплошности детали. Взаимодействие электромагнитного поля с деталью будет определяться величиной электроимпеданса или комплексным сопротивлением катушки вихретокового преобразователя. При установке его на поверхность детали в катушку индуктивности преобразователя за счет вторичного магнитного поля, создаваемого вихревыми токами вокруг дефекта, вносятся дополнительные индуктивное и активное сопротивления. Изменение электроимпеданса вихретокового преобразователя и является признаком наличия дефекта. Данный метод так же применяется для контроля деталей из немагнитных материалов. При его использовании не нужно снимать лакокрасочное покрытие. Так же метод позволяет проверять детали в труднодоступных местах, например, внутренних поверхностей силовых элементов через отверстия.

Рис. 3. Обнаружение дефекта токовихревым методом

Рентгенографический метод. Основан на наблюдении проникающей способности рентгеновских лучей. При прохождении через неоднородный материал интенсивность рентгеновских лу-

207

чей меняется. На участках большей толщины и плотности интенсивность прошедших лучей будет ниже, чем на участках с меньшей плотностью или меньшей толщиной (трещин). Это и дает возможность дефектоскописту говорить об обнаружении дефекта. Метод позволяет определять различные внутренние дефекты, проверять состояние и взаимное расположение деталей внутри различных агрегатов и узлов.

Таким образом, неразрушающий контроль позволяет сэкономить массу времени и средств, ведь его суть и состоит в том, чтобы, не нарушая целостности детали, проверить ее на наличие дефектов и, при возможности, исправить их.

Литература

1.Смирнов Н.Н., Чинючин Ю.М. и др. Техническая эксплуатация летательных аппаратов: учебник. - М.: Транспорт, 1990. – 423 c.

2.Машошин О.Ф. Инструментальные методы диагностики авиационной техники: учеб. пособие. - М.: МГТУГА, 2010. – 88 с.

3.Rainer Link, Natanael Riess Non-Destructive Material Testing Surface Crack Detection – 237 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.357

М.Н. Краснова, канд. техн. наук, доц., Л.Н. Попов, студент

МЕТОДЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ

Рассмотрен вопрос контроля различных конструкций авиационной техники методом неразрушающего контроля

Ключевые слова: пенетрант, абсорбированная пленка, дефект, капиллярный метод контроля

В наше время авиационная промышленность набирает все более интенсивные обороты развития. Детали и конструкции имеют сложное строение, соответственно и требования к таким

208

изделиям возрастают.Из-за различных нагрузок детали испытывают большие напряжения, которые приводят к трещинам и разрушению. Так же дефекты могут образоваться и на стадии создания детали. Для предотвращения таких происшествий используют различные методы дефектоскопии.

Одним из методов является – капиллярный метод. Капиллярные методы контроля применяют при ремонте и

эксплуатации авиационной техники, для невидимых трещин и других дефектов различного происхождения. Этим методом проверяют поверхности из алюминиевых, магниевых, титановых или никелевых сплавов из стали. Последовательность исполнения операций при капиллярном контроле довольно проста:

1.Очистить поверхность металла от абсорбированных пленок и различных масел, с помощью специального вещества – очистителя или ацетона и ветоши.

2.Нанести пенетрант на проверяемую поверхность и

втечении 5-10 минут не допускать его высыхания.

3.Стереть избыток пенетранта сухой х/б ветошью, затем с помощью очистителя полностью очистить поверхность.

4.Нанести проявитель на проверяемую поверхность. Проверка производится дважды: сразу после высыхания

проявителя и повторно через 10 минут.

Если на поверхности имеются различные нарушения сплошности материала, то мы увидим такую картину, представленную на рис. 1.

Рис. 1. Проверка сварного шва капиллярным контролем

209