Оптимізація параметрів плазмово-порошкового наплавлення при відновленні суднових гребних валів за допомогою комп’ютерного моделювання

Анотація

У статті представлено комплексний підхід до дослідження процесу плазмово-порошкового наплавлення (ППН), спрямованого на відновлення поверхонь суднових валів, що зазнають інтенсивного зношування в умовах експлуатації. Запропоновано поєднання регресійно-кореляційної математичної моделі, отриманої за результатами попередніх робіт авторів, та тривимірного комп’ютерного моделювання теплових і механічних процесів, що супроводжують наплавлення. У роботі розглянуто вплив основних технологічних параметрів – сили струму, напруги дуги, швидкості наплавлення та кута нахилу плазмотрона – на формування температурного поля, залишкових напружень і межу витривалості наплавленого шару. Для чисельного аналізу створено 3D-модель фрагмента суднового вала діаметром 200 мм та довжиною 150 мм із наплавленим шаром шириною 10 мм та висотою 3,5 мм. Теплові процеси моделювалися з використанням рухомого концентрованого джерела тепла, що відтворює реальні умови ППН. На основі методу скінченних елементів визначено просторові температурні розподіли та напружено-деформований стан у зоні наплавлення. Отримані результати дали змогу простежити зміни T_max і σ_max залежно від параметрів процесу та встановити тенденції, що визначають якість відновленого шару. Запропонована інтегрована модель дозволяє не лише оцінити поведінку металу в процесі наплавлення, але й оптимізувати режими ППН за критеріями мінімізації залишкових напружень і підвищення межі витривалості. Установлено оптимальний інтервал технологічних параметрів, що забезпечує найбільш сприятливий термонапружений стан поверхні. Результати дослідження можуть бути використані при розробці технологічних карт відновлення суднових валів та інших відповідальних деталей суднових машин і механізмів.