Гавриш Володимир Сергійович. Підвищення ефективності плазмово-механічної обробки високоміцних сталей та сплавів

brief description

Гавриш Володимир Сергійович. Підвищення ефективності плазмово-механічної обробки високоміцних сталей та сплавів : Дис... канд. наук: 05.03.06 2008

Гавриш Володимир Сергійович. Підвищення ефективності плазмово-механічної обробки високоміцних сталей і сплавів. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.06 «Зварювання та споріднені процеси і технології». Національний технічний університет України „КПІ”. Київ, 2007.
Дисертація присвячена підвищенню ефективності плазмово-механічної обробки високоміцних сталей і сплавів. У роботі наведено методику розрахунку плазмотронів для плазмово-механічної обробки (ПМО), яка дозволила розробити високотехнологічний плазмотрон з порожнистими «холодними» електродами, що працюють як на прямій, так і на зворотній полярностях підключення до джерела електроживлення. Конструкція порожнистого внутрішнього електрода секціонована, що дозволяє розподіляти потенціал по двох секціях, знижуючи струмове навантаження в місці прив'язки дуги. Розроблений плазмотрон для ПМО працює на повітрі й розрахований на потужність 60 кВт і струм дуги 400 А. Ресурс роботи плазмотрона становить понад 100 годин, а середньомасова температура повітряної плазми дорівнює ~ 5000 К.
Дослідження дозволили довести, що ПМО важкооброблюваних матеріалів дозволяє збільшити продуктивність в 4 5 разів і стійкість різального інструменту в 2 3 рази. Запропонована методика визначення параметрів ПМО деталей, наплавлених сормайтом, дозволила розробити технологію обробки робочих поверхонь конуса й чаші засипних апаратів доменних печей після наплавлення сормайтом №1.
Результати роботи рекомендовано до впровадження при обробці засипних апаратів доменних печей: чаші й великого конуса, робочі поверхні яких наплавлені сормайтом №1 та у деяких інших виробництвах.

Аналіз сучасного стану технології й устаткування плазмово-механічної обробки високоміцних сталей і сплавів показав, що вони вже значною мірою не задовільняють підвищеним вимогам щодо цього високоефективного процесу. Порівняно невеликі межі застосування, відносно мала продуктивність під час напівчистового й чистового різання і не завжди висока якість обробки обумовлена недосконалістю плазмових джерел попереднього нагрівання заготовок. Ці джерела мають низький ресурс, обмеження щодо робочого струму і є такими, які працюють тільки в режимі прямої полярності. Розв'язання цих проблем, підвищення ефективності процесу і розширення його технологічних можливостей може бути здійснено на підставі глибоких і системних досліджень, і нових рішень у галузі технології й устаткування.
Уперше теоретично обґрунтовано і експериментально підтверджено метод нагрівання заготовок плазмовою дугою (струменем) зворотньої полярності. При цьому спостерігається більш рівномірний розподіл теплового потоку по поверхні заготовки, що нагрівається, і збільшення глибини нагрівання від 3 до 5 разів у порівнянні з плазмовою дугою прямої полярності.
Виявлено можливість розширення діапазону температур та глибини нагріву матеріалу при ПМО, здійснюючи вплив на оброблюваний шар плазмовою дугою (струменем), використовуючи переміжну систему підключення електродів плазмотрона та оброблюваного матеріала до джерела електроживлення.
Виявлено, що коефіцієнт зосередженості плазмового струменя (дуги) залежить від сили струму, довжини струменя, діаметра розрядного каналу, витрат плазмоутворюючого газу і кута нахилу плазмотрона до деталі, що нагрівається.
Оптимізовані режими попереднього плазмового нагрівання і механічної обробки сталей 40, 5ХНМ, 20Х13 і 12Х18Н10Т, що дозволяють виконувати ПМО з високою якістю поверхневого шару (знизилася шорсткість обробленої поверхні в 1,7 2,3 рази). Структура поверхневого шару і розмір зерна не змінилися, а глибина деформованого шару і ступінь наклепу значно зменьшилися. При цьому збільшилася продуктивність у 4 5 разів, стійкість ріжучого інструмента у 2 3 рази.
Розроблено інформаційно-керуючий обчислювальний комплекс, що управляє енергетичними параметрами плазмотрона й автоматично регулює температуру попереднього нагрівання оброблюваної заготовки з урахуванням зусиль і температури різання.
Удосконалено математичну модель витратної електричної дуги, що на відміну від раніше створених математичних моделей, дозволяє розраховувати характеристики плазмотронів з порожнистими циліндричними «холодними» електродами з розподілом сили струму і витрати газу по довжині розрядного каналу.
Уперше розроблено інженерну методику розрахунку плазмотронів з порожнистими «холодними» електродами на основі каналової моделі Штеєнбека з урахуванням меж її застосовності.
Уперше створено високотехнологічний плазмотрон з порожнистими «холодними» електродами для ПМО, що працює як на прямій, так і на зворотній полярності підключення, потужністю до 60 кВт із ресурсом роботи більше за 100 годин і ККД 0,65 0,85.
Розроблено методику розрахунку технологічних параметрів плазмотрона для ПМО, що дозволяє визначати діапазон оптимальних технологічних параметрів з урахуванням швидкісного напору і сили тиску плазмового потоку.
Результати досліджень рекомендовано до впровадженняпри обробці засипних апаратів доменних печей на ВАТ «Алчевський металургійний комбінат», а також використано в навчальному посібнику для студентів вищих навчальних закладів.