ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

Разработка технологии газотермического напыления для восстановления деталей техники, работающей в условиях Севера

Рекомендуемая область пременения

Автомобильный транспорт:
-восстановление изношенных коленвалов, распредвалов, полу-осей, деталей типа «вал», шкворней, пальцев реактивных тяг, поса-дочных мест, донышек поршней, поверхностей головок, втулок, се-дел клапанов, и т.д.
Промышленность:
- восстановление шпинделей станков, подшипников скольжения, гидроштоков, деталей типа вал, посадочных мест, плоскостных де-талей.
Горная промышленность:
-восстановление и упрочнение зубьев буровых установок, коро-нок, плоскостных деталей, деталей типа «вал».
Водоканал и мелиорация:
- восстановление центрующих втулок глубинных насосов, якорей электродвигателей, посадочных мест под подшипники;
- восстановление задвижек (реставрация корпуса, запорных пятаков и штока с клином).
Сельское хозяйство:
- восстановление коленвалов тракторов, комбайнов, другой само-ходной сельхозтехники, распредвалов, седел клапанов, клапанов ДВС, корпусных деталей, деталей типа «вал», гидроштоков и т.д.
Перерабатывающая промышленность:
- покрытие изготовленных из черного металла емкостей и меха-низмов внутри и снаружи антикоррозионным покрытием, в зави-симости от технических условий (медь, латунь, алюминий, ни-хром, цинк и т.д.).

Назначение, цели и задачи проекта

Целью предлагаемого проекта является разработка технологии получения износостойких покрытийдля восстановления деталей техники, работающей в условиях Севера.

Данный проект предусматривает для достижения поставленной цели решение следующих задач:

- разработать состав износостойкого порошкового материала для напыления;

- разработать технологические режимы для газотермического напыления;

- исследовать состав, структуру и свойства износостойкого покрытия для выбора оптимального технологического режима напыления;

- исследовать износостойкость покрытия при трении скольжения для повышения работоспособности восстановленных деталей;

- разработать технологические карты напыления покрытия на изношенные детали техники.

Коммерческий продукт проекта: разработанная технология нанесения восстанавливающих износостойких покрытий на детали автотранспорта, речного транспорта, сельскохозяйственной и другой техники.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

Работа техники в экстремальных условиях Севера характеризуется повышенными эксплуатационными нагрузками, что часто приводит к преждевременному износу её деталей. В настоящее время широкое применение получили различные способы упрочнения поверхности деталей машин и механизмов, подвергающихся интенсивному изнашиванию. В данном проекте для восстановления изношенных деталей предлагается наиболее перспективный метод получения износостойких покрытий - газотермическое напыление порошковых материалов. Основным порошковым материалом для поверхностного упрочнения являются промышленные самофлюсующиеся сплавы системы Ni-Cr-Si-B (порошки ПГ-СР-2,-3,-4 и др.). В данном проекте предлагается использовать порошковые материалы с модифицирующими добавками из тугоплавких и ультрадисперсных порошков.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

   Суть технологии газотермического напыления (общее название - плазменное и детонационное напыление, напыление, электродуговая и плазменная наплавка, электродуговая металлизация) покрытий заключается в нагреве (до температуры плавления) частиц порошкового материала в высокотемпературном потоке плазмы (или в газовой струе, дуге) с последующим ускорением и осаждением на поверхности детали.

   Износостойкость обработанной поверхности зависит не только от состава порошкового материала, но и от технологических параметров процесса напыления. Режимы напыления (энергетические параметры, дистанция напыления, гранулометрический состав материала и т.д.) определяются реальными условиями технологического процесса.

    Таким образом, разработка технологии газотермического напыления износостойких покрытий на детали и изделия конкретной номенклатуры и внедрение в ремонтное производство техники Севера включает в себя разработку новых материалов и порошковых проволок, а так же режимов нанесения защитных износостойких покрытий..

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Предлагаемые в данном проекте технологии газотермического напыления и наплавки перед другими способами восстановления имеют следующие преимущества:

- универсальность газотермического напыления обуславливает возможность нане­сения покрытий из самых различных материалов;

- небольшая потребность в материалах для покрытий;

- сравнительная простота оборудования для газотермического на­пыления и наплавки, которое одновременно является высокопроизводительным;

- оперативность управления технологическим процессом;

- возможность нанесения покрытий на изделия сложной формы;

- сохранение особенностей структуры и свойств материала осно­вы;  - деформация изделий при газотермическом нанесении незначительна.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Как показывают исследования работоспособности техники Севера, при эксплуатации техники в зимний период производительность труда снижается в 1,5-2 раза, наработка на отказ уменьшается в 2-3 раза, затраты на ремонтно-восстановительные работы повышаются в 5-8 раз, а фактический ресурс сокращается в 2-3 раза. Одной из основных причин является применение конструктивных и технологических решений, необоснованных с позиций обеспечения прочности, надежности и долговечности при низких температурах эксплуатации. Интенсивная эксплуатация техники в условиях низких климатических температур приводит к постоянному спросу запасных частей, к потребности восстановления деталей, работающих при высоких контактных нагрузках (коленчатые валы, распределительные валы, пальцы и т.д.).

Например, расходы на содержание и ремонт техники в северных районах превышают аналогичные расходы в средней полосе страны в 2 -6 раз, что объясняется снижением уровня работоспособности. Доля операций, выполняемых  вручную, составляет до 76%. В ремонте задействовано от 18 до 30% рабочих списочного состава. Из анализа простоев горно-транспортного оборудования следует, что время работы составляет порядка 40% календарного фонда, на долю внеплановых простоев приходится почти 25%. Из внеплановых простоев основная часть отказов приходится на механическое (примерно 48%) и электрическое оборудование (49%). Основными составляющими простоев механического оборудования являются: простои металлоконструкций (порядка 45%), редукторов (почти 33%) и около 18% приходится на отказы зубчатых передач. Отказы металлоконструкций горно-транспортного оборудования в основном обусловлены разрушением сварных соединений.

В настоящее время рынок технологий восстановления изношенных деталей техники в Республике Саха (Якутия) практически отсутствует. Существующие технологии восстановления в ремонтном производстве крупных горнодобывающих предприятий, таких как АК «АЛРОСА», ХК «Якутуголь» сводятся к электродуговой наплавке электродами внешних рабочих элементов землеройной техники (коронки, зубья и т.д.). Важной стороной проблемы является то, что сегодня в автотранспортных, сельскохозяйственных предприятиях скопилось большое количество выбракованной техники. Однако, как показывает анализ деталей такой техники, в изношенных машинах до 45% деталей могут быть восстановлены и возвращены в эксплуатацию. Дело в том, что величина износа у большинства деталей пар трения достигает нескольких десятых доли мм, в результате чего работоспособность механизма нарушается. Возможны два пути устранения возникшей неисправности: первый - замена изношенной детали новой, которая более дорогостоящая; второй путь - восстановление и упрочнение изношенной детали, с доведением ее геометрических параметров до требуемых размеров.

Новые потребительские свойства продукции

Снижение металлоемкости
Снижение энергопотребления
Снижение аварийности
Снижение трудоемкости
Высокая экономичность

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Продукция соответствует государственным стандартам

Стадия и уровень разработки

В Институте физико-технических проблем Севера СО РАН про-ведены научно-исследовательские работы по разработке и внедре-нию технологии газотермического напыления для упрочнения и вос-становления деталей горнодобывающей техники, работающей в экс-тремальных условиях Крайнего Севера. Наиболее существенные ре-зультаты данных исследований:
- разработаны новые составы износостойких порошковых материа-лов для поверхностного упрочнения деталей техники, получено 4 патента РФ.
-разработана технология плазменного напыления износостойкого покрытия, обеспечивающего работоспособность деталей в условиях высоких контактных нагрузок.
- выявлены механизмы повышения износостойкости газотермиче-ских покрытий из порошковых материалов с тугоплавкими и ульт-радисперсными добавками.
Результаты проведенных исследований были использованы при внедрении технологии газотермического напыления для восстанов-ления деталей горнодобывающей и автотранспортной техники на предприятиях РС (Я).
Проведение НИОКР по предлагаемому проекту позволит раз-работать новые порошковые материалы с модифицирующими до-бавками из минеральных ассоциаций, уточнить интервалы модифи-цирующего состава, выявить технологические режимы напыления и наплавки для номенклатуры деталей техники, эксплуатирующейся при низких климатических условиях.
Планируется восстановление имеющихся патентов и оформ-ление новых патентов на порошковые материалы для напыления и наплавки с ориентировочными механическими ктеристиками получаемых покрытий:
твердость, HRC 30-50
прочность сцепления на сдвиг, МПа 50-60
прочность сцепления на отрыв (штифтовая проба), Мпа 30-40
прочность сцепления на разрыв, МПа 300-350 пористость, не более 2-5%

Предлагаемые инвестиции

4,5 млн. руб.

Рынки сбыта

Потребители продукции- предприятия горнодобывающей , перерабатывающей промышленности , транспорта , ЖКХ .

Возможность и эффективность импортозамещения

Предлагаемая технология позволит значительно сократить затраты на закупку запасных частей к импортным машинам и оборудованию.

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

36

Дата поступления материала

13.10.2006