Совершенствование технологического процесса изготовления фрез (стр. 13 из 20)
Ожидаемая прибыль (условно-годовая экономия) от снижения себестоимости обработки детали:
, 
.Налог на прибыль:
.Чистая ожидаемая прибыль:
.Расчетный срок окупаемости капитальных вложений (инвестиций):
Расчетный срок окупаемости проекта 5 дней
Ерасчит=1/Ток=1/0,011=89,2 руб/руб>E=0.20
Вывод: проект эффективен. Срок окупаемости 5 дней.
5. Исследования в области обработки напыления
Одним из основных направлений совершенствования технических и технологических характеристик деталей машин является модифицирование их рабочих поверхностей с целью придания им повышенной твердости, прочности, износостойкости и других свойств. Методы модификации поверхности включают технологии поверхностного пластического деформирования, внедрения примесных атомов и молекул (цементация, ионная имплантация и т.п.), нанесение покрытий. Процессы нанесения покрытий в свою очередь подразделяют на нанесение тонких покрытий (хромирование, вакуумные покрытия и т.п.) и нанесение покрытий значительной толщины (наплавка и напыление). Качество напыленных и наплавленных покрытий определяется тремя главными факторами - подготовкой поверхности, технологией нанесения покрытия, технологией механической обработки покрытия. Настоящая работа направлена на повышение эффективности механической обработки напыленных покрытий.
Одним из способов повышения долговечности деталей машин и восстановления изношенных поверхностей является нанесение специальных покрытий на конструкционные материалы.
Защитные покрытия обеспечивают возможность изготовления деталей, обладающих высокой долговечностью и достаточной надежностью, повышают эксплуатационную стойкость деталей машин и инструментов, позволяют восстанавливать изношенные поверхности и размеры бракованных деталей. Нанесение покрытий дает возможность получить необходимые жаростойкость, износостойкость, коэффициент трения и другие характеристики, а также сократить расход дефицитных и дорогостоящих металлов, используемых для объемного легирования. Такая технология позволяет получить сочетание прочного, износостойкого, твердого поверхностного слоя с пластичной и вязкой трещиностойкой основой.
Напыление износостойких покрытий широко распространено в промышленности и обеспечивает значительную эффективность производства. Основой для широкого внедрения напыления покрытий послужили исследования многих отечественных ученых: Е.В.Антошина, А.А. Аппена, Л.И. Готлиба [30], Л.М. Демиденко В.С. Ивашко [37], С. А. Клименко [44], Л. М. Кожуро [45], В.В. Коломиеца [46], и др.
Известно несколько способов нанесения газотермических покрытий: электродуговой, газопламенный и детонационный. Все они объединены единым принципом формирования покрытия из отдельных частиц, нагретых и ускоренных с помощью высокотемпературной газовой струи.
Наиболее широкое применение в промышленности находит газопламенное напыление порошковыми сплавами.
К основным достоинствам способа относятся:
- возможность получения покрытий из большинства материалов, плавящихся при температуре до 2800 ºC;
- толщина покрытия может быть обеспечена в пределах от 0,005 мм до 10 мм;
- высокая производительность процесса ( до 10 кг порошка в час ) ;
- относительно низкий уровень шума и световых излучений, позволяющий работать без дополнительных средств защиты;
- легкость и простота обслуживания, невысокая стоимость и мобильность оборудования.
Формирование покрытия является завершающей стадией процесса напыления, в результате которого образуется система покрытие—основа с определенным комплексом физико-химических и механических свойств.
На этой стадии процесса формирования покрытия помимо напыляемого материала участвует основа, а следовательно, в число факторов, влияющих на этот процесс, входят состав материала основы с его теплофизическими и физико-химическими характеристиками, состояние поверхности. Нельзя не учитывать при этом и термического воздействия на основу газовой струи. Таким образом, этап формирования покрытия представляет собой сложный комплекс различного рода явлений, влияющих на получение покрытия с желаемым уровнем свойств.
По результатам исследований Л.М. Демиденко, В.И. Костикова и В.В. Кудинова на стадии формирования покрытия имеют место следующие явления: удар частицы о поверхность; деформацию частицы; термические процессы в зоне контакта; возникновение сил сцепления частицы с контактной поверхностью; установление термического равновесия системы покрытие — основа с окружающей средой и формирование остаточных напряжений.
Эти явления не разделены строго во времени и в основном накладываются друг на друга.
Различают взаимодействие напыляемых частиц с поверхностью основы и напыляемых частиц с поверхностью уже нанесенного слоя покрытия. В первом случае возникают силы сцепления покрытия с основой, во втором — силы, обусловливающие внутреннюю (когезионную) прочность самого покрытия.
В настоящее время рассматривают в основном три типа взаимодействия: механическое зацепление; физическое взаимодействие, обусловленное силами типа сил Ван-дер-Ваальса; химическое взаимодействие и образование межатомных связей.
Большинство исследователей отдают предпочтение гипотезе образования сил сцепления преимущественно за счет межатомных связей, признавая в то же время наличие и элементов механического зацепления и межмолекулярного взаимодействия, т. е. взаимодействие в этом случае носит комплексный характер с одновременной реализацией нескольких механизмов сцепления покрытия с основой.
Важным моментом является деформация и растекание частиц, обеспечивающее физический контакт напыляемой частицы с поверхностью. Степень деформации частицы и совершенство образовавшегося контакта с напыляемой поверхностью зависят от большого числа факторов: тепловой и кинетической энергии частиц, свойств материала расплава (вязкости, теплоемкости, теплопроводности, поверхностного натяжения и др.), состояния напыляемой поверхности и т. п.
Одной из основных характеристик процесса формирования покрытия является температура, возникающая в зоне контакта напыляемой частицы с поверхностью.
Расчеты показывают что температура при напылении соответствует твердому состоянию частицы и подложки. Глубина зоны термического влияния под частицей не превышает нескольких десятков микрометров. Поэтому процессы физико-химического взаимодействия при напылении, очевидно, не затрагивают основного объема материала подложки, а проходят в приповерхностном слое.
Расчетная оценка времени взаимодействия частицы с поверхностью при напылении дает величины порядка 10-4 — 10-7 с. Этот факт привел к заключению о невозможности вследствие этого развития объемных процессов диффузии или об ограниченности возможных ее механизмов, например, только по границам зерен, что отражено в работах Л.М. Демиденко и Г.Г. Максимовича. Однако своеобразие условий в контактной зоне приводит к существенным отклонениям от классических диффузионных процессов, например, по следующим причинам: зона контакта под воздействием удара частицы может быть сильно разрушена и насыщена дефектами; сами напыляемые частицы могут иметь высокую концентрацию вакансий. Подобные обстоятельства приводят к аномально высоким скоростям диффузии.
Действительно, многими исследователями установлен не только факт возникновения диффузионных зон при напылении, но и в ряде случаев значительная их толщина, достигающая 10—20 мкм.
Попытки теоретического расчета величин адгезии, образовавшейся между покрытием и подложкой на основе того или иного механизма, показали, что вычисленные и измеренные значения отличаются на один-два порядка. Это несоответствие объясняют двумя причинами: структурными дефектами границы раздела и механическими напряжениями в системе покрытие — основа. К структурным дефектам относятся неполнота физического контакта покрытия и основы и неполное развитие межатомных связей в зонах контакта.
На основе результатов теоретического анализа и экспериментальных данных предложен ряд методов управления остаточными напряжениями в напыленных покрытиях. В соответствии с результатами, полученными М.Д. Никитиным,к ним относятся согласование свойств материала покрытия и основы, в первую очередь КТР; регулирование термического воздействия струи плазмы и потока напыляемых частиц; снижение модуля упругости материала покрытия; использование переходных слоев между основой и покрытием, обеспечивающих плавный переход свойств от покрытия к основе; регулирование толщины покрытия; изменение формы напыляемой поверхности.
Структура многослойного напыленного покрытия сложна по сравнению с компактным материалом. Напыленный материал состоит из структурных элементов - зерно, частицы, слой, что обусловливает существование разных типов границ - между отдельными деформированными частицами, между слоями покрытия и между покрытием и подложкой. Границы, в свою очередь, отличаются сложной электронной и кристаллической структурой. Контактные процессы при ударе, деформации, затвердевании, охлаждении частиц, физико-химические процессы взаимодействия частиц с окружающей атмосферой при пролете к основе обусловливают структуру и свойства самого покрытия.