1 Цель работы

Қазақстан Республикасының
Білім және ғылым
министрлігі
Министерство
образования и науки
Республики Казахстан
Д. Серікбаев атындағы
ШҚМТУ
ВКГТУ
им. Д. Серикбаева
УТВЕРЖДАЮ
Декан факультета МиТ
________________ Дудкин М.В.
« 13» _____________2013
Машина жасау зауыттарының технологиялық жабдықтарын
жөндеу
Зертханалық жұмыстар бойынша әдістемелік нұсқаулар
РЕМОНТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ЗАВОДОВ
Методические указания по выполнению практических работ
Специальность:
Форма обучения:
5В071200 «Машиностроение»
дневная
Өскемен
Усть-Каменогорск
2014
Методические указания по выполнению практических работ
разработаны на кафедре «Машиностроения и ТКМ» на основании
Государственного общеобязательного стандарта образования ГОСО РК
3.08.338 – 2011 для студентов специальности 5В071200 «Машиностроение».
Обсуждено на заседании кафедры «Машиностроения и ТКМ»
Зав. кафедрой
К.К. Комбаев
Протокол № 16 от 30.01.2013 г.
Одобрено учебно-методическим советом факультета машиностроения
и транспорта
Председатель
А.В. Вавилов
Протокол №____ от_________________2012г.
Разработал
Должность
Л.А. Горбачев
профессор
Нормоконтролер
Т.В. Тютюнькова
Өскемен
Усть-Каменогорск
2013
2
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ВАЛОВ НАПЛАВКОЙ
1 Цель работы
Изучение основных операция восстановления коленчатого вала
двигателя.
Студент должен знать: последовательность, содержание и контроль
технологических операций.
Студент должен уметь: выбирать режимы процесса восстановления и
реализовать их на практике.
2 Оборудование, приспособления, инструмент
Устанбвка для наплавки шеек коленчатого вала, шлифовальный станок,
установка ТВЧ для закалки шеек, твердомер ТК-2, балансировочный станок.
3 Содержание работы
основные операции по восстановлению
коленчатого вала
3.1 Наплавка шеек
Выполняется различными способами, в том числе под слоем флюса,
При этом свойства наплавленного слоя (твердость, износостойкость) должны
соответствовать техническим условиям.
Чтобы обеспечить требуемые свойства, помимо правильного подбора
наплавочных материалов (флюс, наплавочная проволока) необходимо
правильно выбрать режимы наплавки.
Суцествуют различные методики подбора режимов; можно
рекомендовать следующую.
3.2 Рассчитать толщину наплавки
t = δ +f
(1)
где t - толщина наплавки, мм,
δ - суммарная величина износа плюс пропуск на предварительную
обработку перед неплавкой (если она предусматривается перед наплавкой)
мм;
f - припуск на обработку, мм (для шлифования, примерно, 0,6 мм; для
точения 1,2 - на одну сторону).
3.2 Определить параметры режима наплавки
Сила сварочного тока
3
J св 
  d э2  Da
4
(2)
где Jсв - сварочный ток, А;
dэ2 - диаметр электродной проволоки, мм;
Dа - плотность тока, А/мм2.
Плотность тока определяется по графиику, представленному на рис.1.
Рисунок 1 - Наплавка в среде СО2; 2 - наплавка под флюсом; 3 вибродуговая наплавка.
3.3 Расчетную скорость подачи электродной проволоки находят в
такой последовательности.
Определяется масса расплавленного метатаа:
G р. м 
J св  d н
, г/мин
60
(3)
где Jсв - сварочный ток, А;
αн - коэффиционт наплавки, г/А ч (количество наплавленного металла
при прохождении тока в один ампер в течение одного часа).
Коэффициент наплавки зависит от способа сварки или наплавки; его
можно определитъ по графику, представленному на рис.2.
4
Рисунок 2 - Наплавка в среде С02; 2 - наплавка под флюсом; 3 вибродуговая наплавка
Определить объем расплавленного металла
Q р . м. 
G р . м.

, см/мин ,
(4)
где γ - плотность расплавленного металла, г/см3 (для стальной
электродной проволоки у принимается равным 7,8 г/см3).
Скорость подачи электродной проволоки
Vпр 
Q р. м
Fэл

Q р. м
 d /4
2
э

4Q р. м
  d э2
, м/мин
(5)
где Fэл - площадь сечения электродной проволоки, мм2,
С учетом формулы 3 получаем
Vпр 
4 н  J св
, м/мин
  d э2    60
(6)
3.4 Скорость наплавки
Vн 
  d э2  Vпр  К  А
4t  S
,м/мин
(7)
где А - коэффициент неполноты напалвленного слоя (А = 0,80…0,95);
(А = 0,80-0,95)
К – коэффициент перехода металла на наплавляемую поверхность (к =
0,90...0,98);
t - толщина наплавленного слоя, мм;
S - подача, мм/об (S = (1,5-2)· dэ).
3.5 Частота вращения наплавляемой детали определяется по формуле
n
1000  Vн
, мин-1
 D
(8)
где Vн – скорость наплавки, м/мин;
D – диаметр наплавляемой поверхности, мм.
5
3.6 Основное время наплавки
Т
Li
, мин
nS
(9)
где L - длина наплавляемой поверхности, м;
n - частота вращения, мин-1;
і - число проходов (количество слоев наплавки)$
S - подача, мм/об .
3.7 Кроме рассмотренных выше параметров режима наплавки следует
также выбрать значения вылета электрода, смещения электрода с зенита, угла
наклона мундштука наплавочной головки к оси наплавляемой детали.
Вылет электрода (расстояние между нижним срезом мундштука
головки и наплавляемой деталью) при наплавке под слоем флюса находится
в пределах 10-20 мм.
Смещение электрода от зенита (высшей точки наплавляемой детали)
навстречу вращению с целью предотвращения стекания расплавленного
металла для диаметров 50-150 мм - составляет 3-8 мм.
Угол наклона мундштука наплавочной головки к оси вращения
наплавляемой детали выбирают в пределах 75-90°.
Напряжение наплавки должно обеспечивать стабильность процесса
наплавки и при наплавке под флюсом находится в пределах 24-28 В.
3.8 Шлифованиө шеек коленчатого вала
Производится на специальных шлифовальных станках. По принятой на
данном предприятии технологии выполняют предварительное шлифование
после наплавки и окончательное (чистовое) после закалки токами высокой
частоты.
3.9 Закалка токами высокой частоты
Для достижения требуемой твердости шеек коленчатого вала (НРС 5055) производится их закалка на установке ТВЧ. Особенности этого вида
поверхностного
термического
упрочнения
известны
из
курса
«Материаловедение и термическая обработка».
3.10 Балансировка коленчатого вала
Дисбаланс коленчатого вала, который возникает вследствие
погрешностей восстановления, неточности сборки с маховиком,
деформациями при наплавке, создает дополнительную нагрузку на опоры и
подшипники и вызывает вибрацию двигателя. Если дисбаланс, возникающий
при вращении вала при наличии неуравновешенных масс, превышает
допустимые нормы, в процессе эксплуатации двигателя произойдет быстрый
его выход из строя вплоть до появления аварийных поломок.
Поэтому коленчатые валы после их восстановления подвергаются
динамической балансировке на специальных балансировочных станках.
3.11 Принцип работы- балансировочного станка КИ-4274.
Проверяемое изделие (например, коленчатый вал в сборе с маховиком)
устанавливают на две опоры, которые под действием центробежных сил,
6
возникающих при вращении небалансированного изделия совершают
колебательные движения в вертикальной плоскости. На концах опор имеются
катушки (обмотки), которые перемещаотся в поле постоянных магнатов, в
результате чего механические колебания преобразуются в колебания
электрического тока. При этом выходное напряжение преобразователя
пропорционально значению дисбаланса. Переключателем на пульте
управления осуществляется коммутация измерений значения дисбаланса в
левой и правой опорах.
Угол дисбаланса определяется с помощью стробоскопического
индикатора. Стробоскопический индикатор управляется напряжением
преобразователя механических колебаний в электрические. Каждый раз,
когда вектор дисбаланса оказывается в вертикальной плоскости, проходящей
через ось вращающегося проверяемого изделия и направлен вверх, лампа
индикатора вспыхивает и освещает значение угла (в градусах) на
вращающемся лимбе, укрепленном на шпинделе, поскольку вспышка лампы
стробоскопического индикатора происходит синхронно с частотой вращения
ротора (и проверяемой детали или узла) и она освещает одну и ту же точку,
цифра на лимбе кажется неподвижной.
Цифра, оказавшаяся против неподвижной белой стрелки и определяет
угол плоскости вращающегося изделия, где расположена неуравновешенная
масса (угол коррекции).
Снаружи, на общем валу; находится такой же лимб с синхронно
градуировкой градусной шкалой. По этому лимбу (при остановленном
вращении проверяемого изделия) находят плоскость коррекции.
3.11 Порядок выполнения работы
3.12 Установить коленчатый вал в сборе с маховиком и закрөпитъ.
Определить момент дисбаланса на правой и левой опорах и угол
расположения эквивалентной массы, Учитывая, что устранение дисбаланса в
плоскости маховика приводит обычно к устранению дисбаланса и другого
конца, можно ограничиться определением момента дисбаланса тслько в
правой опоре.
3.13 Выбрать сечение вала, в котором предполагается выбирать
дисбалансную массу детали. Замерить расстояние этого сечения от правой и
левой опоры. Рассчитать величину центробежной силы в выбранном сечении
вала по формуле:
Pc 
MD
,
l
(10)
где МD - момент дисбаланса по показанию прибора, г.мм,
l - расстояние от сечения коррекции до опоры коленчатое вала, мм.
3.14 В выбранном сечении детали замерить радиус, на котором
предполагается выбрать дисбалансную массу детали.
Расчитать величину эквивалентной массы GЭКВ в выбранном сечении,
вызывающей дисбаланс по формуле:
7
Gэкв 
MD
9.8  10 5  M D
q


2
l
l  R  n2
 n
R  
 30 
(11)
где - GЭКВ - эквивалентная масса, г;
n - частота вращения детали (400 об/мин),
R - радиус дисбалансной массы, мм
q – ускорение силы тяжести, мм/с2.
3.15 Устранить дисбаланс коленчатого вала
Устранение дисбаланса достигается удалением (высверливанием)
излишней массы металла в плоскости дисбаланса, либо добавлением массы
(например, наплавкой) в противоположной точке.
.
4 Порядок выполнения работы
4.1 На участке наплавки коленчатых валов зафиксировать: тип
наплавочной головки, род тока, полярность, величину сварочного тока и
напряжения, скорость подачи электродной проволоки, скорость наплавки,
длину наплавки (ширину шеек), диаметр наплавки, материал и диаметр
электродной проволоки, вид флюса.
4.2 Расчитать параметры режима наплавки в соответствии с данными
методическими указаниями и сопоставить с реальными.
4.3 Определить режимы предварительного и чистового шлифования с
указанием типа станка и используемых инструментов и приспособлений.
Дать заключение о качестве обработки.
4.4 Определить параметры режима поверхностной закалки на
установке ТВЧ, указав ее тип.
4.5 Замерить твердость шеек после закалки.
4.6 Выполнить динамическую балансировку вала в сборе с маховиком.
5 Содержание отчета
1 Перечень основных операций по восстановлению вала.
2 Расчеты параметров режима наплавки и сопоставительный акализ с
реальными параметрами
3 Режимы шлифования, инструмент
4 Режим и результат закалки
5 Результаты балансировки
6 Заключение о качества выполнения операции, соответствие их
техническим условиям
6 Контрольные вoпpocы
8
1 Особенности наплавки под слоим флюса. Характеристика
применяемого на заводе при наплавке флюча и наплавочной проволоки.
2 Коэффициент наплавки, его определение и физический смысл.
3 Какие поверхности коленчатого вала используются в качестве
технологических баз при шлифовании шеек?
4 Какую твердость должны иметь шейки вала после закалки?
5 Принцип дойствия балансировочного станка КИ-4274.
6 Принцип действия стробоскопа.
7
Последовательность балансировки.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Воробьев И.Н. Технология машиностроения и ремонта машин. - М.:
Высшая школа, 1981.
2 Воднев А.Г., Шаверин Н.Н. Лабораторный практикум по ремонту
автомобилей. - М.: Транспорт, 1984.
3 Лахтин Ю. М. Леонтьева В.И. Материаловедение. – М.:
Машиностроение, 1985.
9
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ТВЕРДЫМ ОСТАЛИВАНИЕМ .
1 Цель работы
Изучение основ и технологии твердого осталивания.
Студент должен знать: физико-химическую сущность процесса
осталивания, технологию процесса.
Студент должен уметь: выбирать режимы процесса и реализовать их на
практике.
2 Оборудование, приспособления, инструмент
Ванны твердого осталивания и промежуточных обработок с
соответствующими
реактивами,
источники
питания,
контрольноизмерительная аппаратура и приборы, восстанавливаемые деталь и
подвесные приспособления.
3 Свойства электролитического железа.
Твердое железо, получаемое электролитическим путим из горячих (6090°С) кислых растворов хлористого железа при высоких плотностях тока по
некоторым свойствам (твердость, упругость, износостойкость) напоминают
среднеуглеродистую сталь. Поэтому способ получения на деталях твердых
износостойких осадков железа назван твердым осталиванием.
Электролитическое железо по химическому составу соответствует
малоуглеродистой стали, содержащей незначительное количество углерода,
серы, фосфата, кремния, марганца.
Электролитическое железо имеет серебристо-серый цвет. Физические
свойства железа следующие:
- атомный нас - 55,85;
3
- удельный вес - 7,875 г/см ;
- температура плавления - 1553±5°;
- твердость химически чистого железа НВ 30-40;
- твердость электролитического железа НУ 1200;
3
- 5500 мПа (120-550 кГ/мм );
- электрохимический эквивалент железа 1.042 г/А.час.
Прочность сцепления покрытия с поперечностью стальной детали
превышает 450 мПа (4500 кГ/см2) и обеспечивает надежную работу при
высоких нагрузках, воспринимаемых деталями. Покрытие не отслаивается
даже при таких нагрузках, которые вызывают пластическую деформацию
деталей.
Процесс осталивания отличается большой универсальностью: в
электролите неизменного состава в зависимости от выбранного режима
10
можно получить покрытия с различными свойствами, от мягких,
напоминающих медь, до твердых, напоминающих закаленную сталь.
Покрытия хорошо хромируются, мягкие покрытия хорошо
цементируются.
Механическая обработка осталенных деталей не вызывает
дополнительных требований к режимам резания.
Процесс осталивания отличается большой стабильностью и может быть
автоматизирован.
4 Сослав электролита. Особенности процесса
Электролитическое осталивание с целью восстановления деталей
осуществляется из растворов хлористого железа FeCl2.4Н2О 400...450 г/л в
присутствии небольшого количества свободной соляной кислоты НСl 2...4
г/л при температуре электролита 60...90°C, кислотность рН = 0,2..0,6.
Иногда в состав электролита могут быть введены добавки,
улучшающие свойства покрытий (например, NiCl 2. 6Н2О),
Существенное влияние на процесс электролиза оказывает свободная
соляная кислота, имеющаяся в электролите.
На катоде при электроосаждении железа протекают следующие
процессы:
Fe2+ - 2 е → Fe
2H2O + 2 е → 2H2 +2OHFe3+ + е → Fe2+
Водород, образующийся при электролизе вода выделяется из раствора
в виде фаза, а ион гидроокисла (ОН-) нейтрализуется ионами водорода или,
при недостатке последних, образует гидроокись железа:
Fe3+ + 3ОН-→ Fe(ОН)3
Гидроокись частично включается в покрытие и ухудшает его качество.
Раствор соли хлористого железа в значительной мере подвержен
гидролизу и может существовать только в достаточно кислой среде. Поэтому
на протекание процесса осталивания большое влияние оказывает
кислотность электролита, которая определяется значением водородного
показателя рН - показателя степени концентрации, ионов водорода, взятый с
обратным знаком. Например, если концентрация ионов водорода в растворе
составляет 10 (граммэквивалента на литр), то водородный показатель рН в
этом случае равен 4. Следовательно, чем меньше значение числа рН, тем
выше его кислотность. В нейтральных растворах концентрация водородных и
11
гидроксильных ионов одинакова и рН = 7. Если рН < 7, раствор становится
кислым, а при рН > 7 - щелочным.
Увеличение рН (т.е. снижение кислотности) нарушает равновесие
гидролиза и приводит к образованию осадка гидроокиси. Из теории
электрохимических реакций известно, что выпадение осадка .- Ғе(0Н)3
должно начаться при рН ≥ 15.
Для предупреждения выпадения Ғе(0Н)3 рекомендуется обеспечить рН
< 0,9 по прибору и < 1,2 по индикаторной бумаге.
Допускать при осталивании более высокую кислотность на
рекомендуется, так как повышение кислотности электролита приводит к
увеличению на катоде водорода, в связи с чем выход железа по току
уменьшается.
5 Оборудование для осталивания
Участок осталивания оснащается следующим оборудованием: ванны
осталивания, ванны анодной очистки, ванны для промывки, источники тока и
контрольно-регулирующей аппаратурой.
Ванны осталивания изготовляются из листовой стали и футеруются
внутри различными материалами (полуэбонит, титановый лист и др.).
Подогрев электролита осуществляется термоэлектронагревателкм через
масляную рубашку. Постоянство томпературы электролита обеспечивается
терморегулятором.
В качестве источников тока используются низковольтные генераторы
или выпрямители с напряжением G ими 12 В. Осталивание обычно
проводится при напряжении 12 В.
Отсос вредных испарений от ванн осталивания и анодной очистки
производится посредством местной интенсивной вентиляции.
6 Технологический процесс осталивания
Технологический процесс включает следующие операции,
6.1. Обезжиривание.
Выполняется
различными
способами
и
реактивами. Как исключение, допускается обезжиривание неэтилированным
бензином с соблюденном соответствующих мер предосторожности.
6.2. Монтаж деталей в подвеску. Конструкции подвесных устройств
различны и зависят от формы, размера, вeca деталей, подвергаемых
осталиванию.
6.3. Анодная очистка. Ее цель - снятие тонких слоев пленок окислов с
целью максимального обнажения кристаллической структуры поверхностей
покрытия. Выполняется в 30% растворе серной кислоты H2SO4 при
температуре 20°С.
При
отсутствии
предварительной
механической
обработки
поверхностей, подлежащих осталиванию, анодная очистка проводится в 3
стадии:
12
анодная очистка на режиме: u = 12-15 В, анодная плотность тока Dа
= 90 А/дм2, время τ = 1...2 мин;
- промывка холодной водой, очистка шкуркой непротравленных мест ополаскивание в холодной воде;
- анодная очистка на режиме первой стадии, но с уменьшением
продолжительности процесса (τ ≈ 0,5 мин), промывка в холодной воде.
6.4. Прогрев в горячей воде (t = 70...80°С), вромя нагрева. Τ = 5...І5С.
Затем быстрый перенос в ванну железнения. Выдержка в этой ванне без тока
не более 5 секунд.
6.5. Включение тока. Сначала катодная плотность тока (Dк) должна
быть равной примерно 3А /дм2, а затем плавный (в течение 1,5 минут)
переход до значения Dк = 30 А/дм2.
Примечание. Быстрое нарастание тока приводит к образованию слоя
гидроокиси ОН, по которому возможно отслаивание нанесенного осадка.
Время осталивания определяют по формуле
-

100  h
,
Dк
где τ - время, час;
h - толщина наращиваемого слоя, мм;
Dк - катодная плотность тока, А/дм2.
6.6. ІІромывка горячей водой в специальной промывочной ванне,
демонтаж, обработка (окунанием) в слабом растворе нитрита натрия Na2NO2.
Цель такой обработки - пассивация, т.е. защита поверхностей от ржавления.
6.7. Механическая обработка
7 Порядок выполнения работы
7.1. Изучить материал данных методических указаний
7.2. Под руководством преподавателя или мастера изучить
оборудование гальванического участка, а также иллюстрационноинструктивные материалы, имеющиеся на участке.
7.3. Определить площадь поверхностей деталей, подлежащих
осталиванию для выбора величины силы тока с целью обеспечивания
требуемой по режиму анодной и катодной плотностей тока (Da и Dk).
7.4. В соответствии с разделом 6 выполнить все операции по
реализации процесса осталивания.
Результаты работы занести в таблицу.
Таблица результатов
Наименование Площадь Толщина Параметры режима
Примедетали
покрытия, покрытия,
чание
2
дм
мм
FeCl. HCl pH Dк
t,
2 o
4H2O г/л
A/дм C
13
г/л
8 Содержание отчета
1
2
3
4
Сущность процесса осталивания, ого особенности.
Краткий перечень операций твердого осталивания,
Таблицу результатов.
Заключение о качестве покрытия,
9 Контрольные вопросы
1 Что такое твердое осталиваниө?
2 Физико-механические
свойства
электролитического
железа,
эксплуатационные свойства покрытий.
3 Состав электролита.
4 Что такое кислотность электролита, чем оценивается, как влияет на
процесс и качество покрытия?
5 Какие технологические операции процесса в наибольшей степени
влияют на прочность сцепления покрытия с основным металлом?
Список использованных источников
1 Воробьев Л.П. Технология машиностроения и ремонт машин. – М.:
Высшая школа, 1981.
2 Мелков М.П. Твердое осталивание автотракторных деталей. - М.:
Высшая школа, 1971.
14
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЦИЛИНДРОВ РАСТОЧКОЙ ПОД РЕМОНТНЫЙ
РАЗМЕР. ХОНИНГОВАНИЕ
1 Цель работы
Изучение основных операций восстановления гильз цилиндров и
шатунов методами механической обработки.
Студент должен знать: сущность метода ремонтных размеров, основы
селективной групповой сборки, а также устройство и особенности
используемого технологического оборудования.
Студент должен уметь: производить необходимые контрольноизмерительные операции, определять число ремонтных групп сопрягаемых
изделий, а также выбирать технологические режимы восстановления и
реализовать их на практике.
2 Оборудование, приспособления, инструмент
Расточной станок 2А78И, хонинговальный станок 3Н533.
3 Содержание работы
Сущность метода ремонтных размеров заключается в том, при
восстановлении двух сопрягаемых деталей обработке под новый, отличный
от исходного, размер, который называют ремонтным, подвергают одну из
деталей (например, гильза блока цилиндров). а вторая деталь (например,
поршень) не обрабатывается, так как она имеет уже соответствующий
ремонтный размеp. Ремонтные размеры таких деталей заранее известны и
стандартизированы, они поставляются централизованно как запасные части
ремонтных размеров.
Метод ремонтных размеров позволяет значительно уменьшить
трудоемкость ремонта.
При сборке сопряжения используется селективный (или групповой)
метод. Он позволяет при относительно грубых квалитетах точности
обработки сопрягаемых деталей разбивкой на размерные группы, с более
узкими полями допусков обеспечить высокую точность сборки (см.
методические указания «Комплектование деталей кривошипно-шатунного
механизма методом групповой взаимозаменяемости» [1]).
4 Последовательность растачивания
Растачивание гильзы цилиндра выполняется на станках расточной
группы (2А78Н; 278, 278Н), а также на многошпиндельных полуавтоматах.
15
Для соблюдения точности соосности наружной и внутренней
поверхностей растачиваемой гильзы необходимо, чтобы ось гильзы точно
совпадала с осью вращения резцовой головки шпинделя. Такая соосность
может быть достигнута различными способами:
- креплением
на шпинделе специального конуса, который при
опускании в отверстие гильзы своими образующиими выставляет соосью
гильзу, свободно установленную на столе станка;
- установкой в головку шпинделя специальной шариковой оправки,
настроенной на размер обрабатываемого цилиндра (гильзы);
- вворачиванием в торцовое резьбовое отверстие резцовой головки
специального индикаторного центроискателя, которым окончательно
проверяют соосность.
Для установки резца с целью получения требуемого размера
необходимо определить установочный размер «к», рис. 4.1.
Установочный размер «к» определяют по формулам:
a
k ad 
Dp  d
(4.1)
2
Dp  d
2
d 
Dp  d
(4.2)
2
Рекомендуемые режимы растачивания приведены в табл. 4.1»
Рисунок 1 – Схема расточки. 1 - резцовая головка; 2 - резец; а - вылет
резца; D - диаметр расточки; d - диаметр резцовой головки; К- установочный
размер
Таблица 1. Параметры режима
Обрабатываемый Глубина
Подача,
материал
резания, мм мм/об
чугун
НВ 170-229
НВ 229-269
0,1-0,15
0,1-0,15
0,05-0,10
0,05-0,10
16
S Скорость
Материал
резания, V инструмента
м/мин
(резца)
100-120
80-100
ВКЗМ
ВКЗМ
Высокое качество расточки обеспечивают резцы, оснащенные
пластинками эльбора (кубического нитрида бора), а также кристаллами
синтетического и природного алмаза.
Расточка
цилиндра
(или
гильзы)
выполняется
в
такой
последовательности:
1 Определяется диаметр расточки (Dр). Он равен ближайшему
ремонтному размеру, уменьшенному на величину припуска на хонингование
(0,03- 0,08 мм).
2 По формуле (4.2) определяется настроечный размер «к» (см.
рис.4.1), на который при помощи микрометра устанавливается резец и
закрепляется фиксирующим винтом. После фиксации резца производится
обязательная проверка правильности установки резца микрометром.
3 По выбранной из таблицы 4.1 скорости резания определяют частоту
вращения шпинделя
n
1000  V
  Dp
(4.3)
4.1.4. Выбирают подачу S, затем при помощи соответствующих
рукояток управления устанавливают требуемую частоту вращения и
величину подачи.
Основное время расточки определяют по формуле:
To 
Lp
nS
, мин
(4.4)
где Lp - длина хода резцовой головки.
Величину врезания и перебега при расчетах можно принять суммарно
равной 5-6мм.
5 Хонингование гильзы цилиндра
5.1 Особенности процесса
Хонингование является финишной операцией механической обработки
поверхностей, обеспечивающей точность обработки 5-6й квалитеты и 9-12
классы шероховатости (Рa ≤ 0,32 мкм).
На рис. 4.2. показана схема процесса хонингования «а» и развертка
сетки следов обработки «б».
Кинематика станка обеспечивает получение равномерной сетки
пересекающихся рисок, причем одно и тоже зерно абразива никогда не
повторяет свою траекторию дважды.
Хонингование ведется при обильной подаче смазочно-охлаждающей
жидкости (керосин с добавлением 10-20% индустриального масла) в зону
резания для удаления стружки и продуктов износа с поверхности брусков и с
обрабатываемой поверхности. Кроме того, смазывающе-охлаждающая
жидкость отводит часть выделяющегося при резании тепла, оказывает
смазывающее воздействие, улучшая условия резания.
17
Бруски для хонингования изготавливаются из различных материалов,
чаще всего из карбида кремния, ңапример, зеленого (63с, 64с), однако
наиболее высокое качество хонингования обеспечивают бруски из зерен
природных (А) и естественных (АС) алмазов. Абразивные бруски из карбида
кремния характеризуются видом aбpaзивного материала (64С), зернистостью
(М20П), твердость» (СІ), структурой (6), видом связи (К5), классом (А),
типом (ВКв) и габаритными размерами.
Примөр условного обозначения:
64СМ20-М28ПСТ2-Т26К5ФВК100 х 10 ГОСТ 2424-75
Рисунок 1 – Схема хонингования. 1- шпиндель станка; 2- шарнирное
устройство; 3 - хонинговальная головка (хон); 4 - гильза; 5 - хонинговальный
брусок; 2α - угол скрещивания следов; α- угол подъема следа: I, II, III последовательные положения брусков за один двойной ход.
В маркировку алмазных брусков входит: вид алмазных зерен (АСР),
зернистость, например, 10/33 (числитель - размер ячейки верхнего сита,
знаменатель - нижнего), концентрацию алмазного слоя (100), связку (М1),
форму и габаритные размеры (2708-0124).
Пример условного обозначения:
2768 - 0124 - I - АСР 80/63 - 100 - МІ СТ СЭВ 204-75.
4.2.3. Режимы хонингования
Рекомендуемые параметры режима хонингования приведены в табл.
4.2.
Таблица 2. Параметры режима
Обрабаты Характе Мате-ваемый
р
риал
материал обработ- бруска
ки
Размер
ы
бруска,
мм
чугун
В=1040-80
13
lбр-100,
18
Предварительная
64С10
Окружаю
-щая
скорость,
Vок,
м/мин
V
Возвр.
 ок
поступ.
Vв.п.
скорость
,
Vв.п,
м/мин
17-22
3-5
Припуск
на
диаметр,
мм
0,040,08
125;
150
Оконча- 64СМ2
30-50
10-15
5-8
тельная 0
Окружная скорость определяется как и при растачивании, т,е.
Vокр 
 Dп
1000
м/мин
0,005
-0,01
(4.5)
где D - диаметр обрабатываемого отверстия, мм;
п - частота вращения хонинговальной головки, мин;
Скорость возвратно-поступательного движения головки, м/мин
Vв.п 
2 L  n2
1000
(4.6)
где L = lотв + 2lпер - lбр - длина рабочего хода хонинговальной головки,
мм;
lотв - длина гильзы цилиндра, мм;
lпер - перебег бруска за пределы отверстия (принимается равный 13-15
мм);
lбр - длина бруска, мм;
n - число двойных ходов хонинговальной головки в минуту.
Возвратно-поступательная скорость определяется по нормативам (см.
табл.4.2), а затем корректируется в соответствии с паспортными данными
станка.
По известному фактическому значению Vв.п.ф определяют, число
двойных ходов в минуту n2 из формулы (4.6):
n2 
1000  Vв.п.ф
2L
Основное время хонингования определяют по формуле:
To 
n1
, мин
n2
(4.7)
где n1 - число двойных ходов, необходимое для снятия припуска на
хонингованиу.
Значение n1 определяют по формуле:
n1 
ax
b
(4.8)
где ах - припуск на сторону, мм;
b - слой металла, снимаемый за один двойной ход (для чугуна можно
принять 0,0002 мм).
19
6 Порядок выполнения работы
6.1 Изучить устройство и управление станками для расточки и
хонингования гильз цилиндров.
6.2 Освоить методику установки резца для расточкицилиндра на
заданный размер, а также порядок выбора к расчета параметров режима
расточки; произвести расточку гильзы на требуемый ремонтный размер.
6.3 Освоить методику выбора режимов хонингования. Выполнить
операцию хонингования гильзы в соответствии с техническими условиями.
7 Содержание отчета
7.1 Результаты расчетов и режимы обработки (включая определение
основного времени) при расточке и хонинговании цилиндров.
7.2 Оценку точности и качества обработки восстанавливаемых
сопрягаемых поверхностей изделий.
Список использованных источников
1 Лаукарт В.И. Комплектование деталей кривошипно-шатунного
механизма
двигателей
методом
групповой
взаимозаменяемости
/Методические указания, кафедра СММ, 1987 г.
2 Боднев А.Г., Шаверин Н.Н. Лабораторный практикум по ремонту
автомобилей. – М.: Транспорт, 1984.
20
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 4
ВЫБОР РЕМОНТНЫХ РАЗМЕРОВ СЕЛЕКТИВНЫМ МЕТОДОМ
1 Цель работы
Уяснение сущности
метода групповой
взаимозаменяемости.
Приобретение практичесних навыков в работе размерных групп деталей и
подборе сопряженных деталей по ремонтным размерам и размерным
группам.
Студент
должен
знать:
основные
принципы
групповой
взаимозаменяемости (селективной сборки).
Студент должен уметь: практически расчитывать число групп и
подбирать детали сопряжөния, обеспечивающие стабильность и
однородность посадки.
2 Оборудование, приспособления, инструмент
Гильзы цилиндров и поршни двигатолей ЗиЛ 130, индикаторный
нутромер с ценой отсчета 0,001, НИИ50-100 (ГОСТ 968-82), плоскопараллельные концевые меры.
3 Содержание работы
Подготовка и анализ исходных данных о размерах, точности и
характере посадки сопрягаемых поверхностей деталей гильза цилиндрапоршень, поршень-поршневой палец-шатун, определение числа размерных
групп данного соединения.
Основные понятия и определения. Поверхности деталей делят на
сопрягаемые и несопрягаемыө. Сопрягаемые - это поверхности, которыми
детали соединяются в подгруппы, группы и механизмы. Диаметры отверстий
обозначают D, а диаметры валов d. Размеры выражают численные значения
линейных величин (диаметров, длин) и делят их на номинальные (D, d),
действительные (Dі , di), предельные (Dmax ,dmax, Dmin ,dmin).
Предельные размеры характеризуют точность действительных
размеров и погрешности обработки.
Точность размера определяется величиной поля допуска (ТD, Тd ).
Поле допуска определяют его величиной и положением относительно
номинального размера. Алгебраическую разность между размером
действительным (предельным) и номинальным называют отклонение (Е, е).
Различают верхнее (ЕS, еS) н нижнее (EJ, еі) отклонения.
Посадка - характер соединения деталей, определяемый величиной
получающихся в нем зазоров S (или натягов N). Характер ооөдинения
должен обеспечивать надежность эксплуатации изделия.
21
В зависимости от расположения полей допусков отверстия и вала
посадки подразделяются на посадки с зазором, с натягом и переходные.
Допуск посадки (ТП) равен сумме допусков отверстия и вала, составляющих
соединения ТП = ТD = Td.
Для посадки с зазором допуск равен допуску зазора. (Т) или разности
предельных зазоров ТП = ТS = Smax – Smin.
Для посадок с натягом допуск посадки равен допуску натяга (ТN) или
разности натягов ТП = TN = Nmax – Nmin.
Допуск переходной посадки равен сумме максимального зазора и
максимального натяга ТП = Smax + Nmax.
Сущность сборки по методу групповой взаимозаменяемости. Уровень
качества изделий определяют качеством поступающих на сборку деталей и
сборочных единиц, а также качеством выполнения сборочных работ, то есть
обеспечением требуемой точности сборки.
Под
точностью
сборки
понимают
степень
соответствия
действительных значений параметров, характеризующих характер
соединения сопряженных деталей, значениям, обусловленным технической
документацией.
Точность зазоров, натягов и пространственного расположения деталей
в соединении может быть достигнута методами полной, неполной или
групповой взаимозаменяемости, регулированием и пригонкой.
Сборка по методу полной взаимозаменяемости возможна при
соблюдении условия ТП = ТS , или ТП = ТN.
Соединения деталөй двигателя (гильза-поршень, поршень-поршневой
палец-верхняя головка шатуна и некоторые другие) собирают по методу
групповой взаимозаменяемости, так как сборка их по методу полной
взаимозаменяемости технически и экономически не целесообразно
(производственные допуски деталей соединения значительно больше, чем
технические требования к допуску посадки). В таких случаях существующий
производственный допуск на изготовление деталей соеджинения (гильзы и
поршня) искусственно уменьшают (
TD Td
,
), чтобы получить равенство ТП =
n n
ТS , или ТП = ТN.
По этим суженным допускам (TD2. Td2) детали сортируют на
размерные группы. При сборке деталей соединения, относящихся к одной
размерной группе, будет обеспечена посадка по методы полной
взаимозаменяемости в соответствии с требованиями технической
документации. Этим достигается стабильность посадок, что предопределяет
их надежность в работе и долговечность. Размерная группа обозначается
буквой, цифрой или краской.
4 Методика расчета размерных групп деталей
соединения при групповой взаимозаменяемости (селективный подбор)
22
1 Установить исходные данные - размеры деталей и требования к
характеру посадки соединения (номинальный диаметр и производственные
допуски, предельные значения допусков посадки) .
2. .Определить величины допуска и соответствующие предельные
отклонения размеров деталей соединения (TD, Td, ES, EJ, eS, ei), Построить
графическое расположение полей допусков.
3. Определить варианты возможных типов посадок в зависимости от
расположения полей допусков отверстия и вала:
1
1
S max
 ES  ei; S min
 EJ  eS
1
1
N max
 eS  EJ ; N min
 ei  ES
1
1
где Smin
и S max
- действительные минимальный и максимальный зазоры;
1
1
N min и N max - действительные натяги.
Сделать вывод о возможности применения вариантов посадок исходя
из условий работы данного соединения. Установить метод обеспечения
точности сборки (полная или групповая взаимозаменяемость)
Найти число размерных групп деталей соединения (n), т.е. определить,
во сколько раз надо уменьшить существующий производственный допуск,
чтобы получить равенство TП = TS и, следовательно обеспечить условия
точной сборки n 
ТП
.
TS
5. Определить условный (групповой) допуск деталей соединения (TD2
и Td2) по формулам
TD2 
TD
Td
; Td 2 
n
n
6. Установить наибольшие (Dmax и dmax) и наименьшие (Dmin и dmin)
размеры в каждой размерной группе исходя из величины группового допуска
и действительного отклонения деталей. Предельные размеры каждой
размерной группы в отдельности обеспечат посадку, требуемую и
необходимую точность сборки соединения. Результаты свести в таблицу I.
Таблица 1
Гильза
EJ, ES
Dmax - Dmin
Обозначение группы
Поршень
ei, eS
dmax - dmin
Обозначение группы
ПРИМЕР 1. Расчитать число размерных групп для комплектования
поршней с гильзами цилиндров двигателя «Москвич-412» и последующей их
сборки методом групповой взаимозаменяемости.
23
Исходные данные:
гильза цилиндра - ǿ 82 00,,0601 мм;
поршень - ǿ 82 00,,01
06 мм;
посадка с зазором Smaх = 0,08 мм; Smin = 0,06 мм;
допуск зазора ТS - 0,02 мм.
2. TD = 0.05 мм; Td = 0.05 мм; ES = 0.06 мм; EJ = 0.01 мм; eS = 0.01 мм;
ei = 0.06 мм.
ТП - ТD + Тd = 0,05 + 0,05 = 0,10 мм.
Вывод; ТП > TS.
Графическое расположение полей допусков
ES
+60
EJ
+18
0
0
es
-10
ei
-60
Рисунок 1- Схема расположения полей допусков
1
1
3. S max
= ЕS – eі; S max
= 0,06 - (-0,06) = 0,12 мм;
1
1
= EJ – eS; S min
= 0,01 - (-0,0І) = 0,02 мм.
S min
1
1
Вывод: варианты посадок, характеризующиеся S max
= 0,12 мм и S min
=
0,02 мм, не соответствуют требованиям. Для обеспечения требуемой
точности
сборки
необходим
подбор
по
методу
групповой
взаимозаменяемости.
Чтобы получить равенство ТП = ТS (условие обеспечения точности
cборки), необходимо определить число размерных групп:
n
ТП 0,10

5
Т
0,02
Определяем групповой допуск размерной группы:
TD2 
TD 0.05

 0.01 мм
n
5
Td 2 
Td 0.05

 0.01 мм
n
5
24
Составить таблицу размерных групп деталей соединения/
Таблица 2 – Размерные группы.
Гильза
ES, EJ, мм Dmax - Dmin Обозначемм
ние группы
0, 06
82,06-82,05 A
82 0,05
0, 05
82,05-82,04 B
82 0,04
82,04-82,03 C
82 00,,04
03
82,03-82,02 D
82 00,,03
02
82,02-82,01 E
82 00,,02
01
Поршень
eS, ei, мм
82 00,,01
02
82 00,,02
03
82 00,,03
04
82 00,,04
05
82 00,,05
06
dmax - dmin
мм
81,99-81,98
81,98-81,97
81,97-81,96
81,96-81,95
81,95-81,94
Обозначение группы
A
B
C
D
E
Расчет показывает, что величина зазора для каждой размерной группы
лежит в пределах О,08-0,06 мм, что соответствует требованиям.
ПРИМЕР 2. Расчитать чиоло размерных групп для комплектования
поршней с поршневыми пальцами и поршневых пальцев с втулками верхней
головки шатуна двигателя «Москвич-412» и последующей их сборкой
методом групповой взаимозаменяемости.
Исходные данные, мм:
диаметр отверстия в бобышках поршня D1  22 00,,025
0125
0, 025
диаметр пальца d1  22 0,0125
диаметр отверстия во втулке верхней головки шатуна D2  22 00,,0045
0055
Расчет ведется параллельно для двух соединений: I - поршень-палец; II
- палец-шатун. Характер посадки для соединения поршень-палец: S1 max =
0,0025. N1 max = 0,0025 мм. Допуск посадки (зазора и натяга) - TSN = 0,0050
мм.
Характер посадки для соединения палец-шатун: SII max = 0,0095; SII min =
0,0045 мм. Допуск посадки (зазора) TS = 0,0050 мм.
2. Величины допусков и предельные отклонения деталей соединения
TD1 = 0,0100 мм
Td = 0,0100 мм
ES1 = -0,0025 мм
EJ1 = -0,0125 мм
еS = -0,0025 мм
ei = -0,0125 мм
ТП = TD1 + Td = 0,0100 + 0,0100 = 0,0200 мм
ТП > TSNTDII = 0.0100 мм
Td = 0,0100 мм
ESII = 0,0045 мм
EJII = -0.0025 мм
еS = -0,0025 мм
ei = -0,0125 мм
ТП = TDII + Td = 0,0100 + 0,0100 = 0,0200 мм
ТП > TS
25
Графическое расположение полей допусков
Рисунок 2 – Схема расположения полей допусков
Варианты возможных типов посадок:
Sl max = ЕS1 - ei = -0,0025 - (-0,0125) = 0,0100 мм;
N1 max = eS – EJ1 = -0,0025 - (-0,0125) = 0,0100 мм;
Sl1 max = ЕS11 - ei = 0,0045 - (-0,0125) = 0,0170 мм;
N11 max = eS – EJ11 = -0.0025 - («0,0055) = 0,0030 мм.
Вывод: варианты посадок, характеризующиеся для первого соединения
Sl max = 0,0100 мм и N1 max = 0,0100 мм;
для второго соединения '
Sl1 max = 0,0170 мм и N11 max 0,0030 мм, не соответствуют требованиям РК
200-РСФСР-2025-73. Для обеспечения требуемой точности сборки
необходим подбор по методу групповой взаимозаменяемости, для чего
выполняют следующие расчеты.
4. Число размерных групп
n1 
ТП1 0,0200

4
TSN 0,0020
n11 
ТП11 0,0200

4
TSN 0,0020
Групповой допуск размерной группы
TD2,1,11 
Td 2,1,11 
ТD1,11
n
Тd1,11
n

0,0100
 0.0025 мм
4

0,0100
 0.0025 мм
4
Таблица 3- Размерные группы.
Поршень
ES,
D1
max
Палец
– группы eS,
dmax
Шатун
- группы ES,
D11 max – группы
26
EJ,
мм
22
22
22
22
D1 min
мм
21,997521,9950
21,995021,9925
21,992521,9900
21,990021,9875
A
ei,
мм
22
B
22
C
22
D
22
dmin
мм
21,997521,9950
21,995021,9925
21,992521,9900
21,990021,9875
A
EJ,
мм
22
B
22
C
22
D
22
D11 min
мм
22,004522,0020
22,002021,9995
21,999521,9970
21,997021,9945
A
B
C
D
Расчеты показывают, что величины зазоров и натягов для каждой
размерной группы лежат в пределах, предусмотренных требованиями.
5 Содержание отчета
1 Сущность групповой сборки.
2 Методика расчета и результаты группового подбора деталей
двигателя. Результаты расчетов свести в таблицу 4.
3 Достоинства и особенности метода селективной сборки
6 Контрольные вопросы
1 Какова цель комплектовочных работ?
2 Как
осуществляется
сборка
по
методу
групповой
взаимозаменяемости?
3 Чему равняется допуск посадки обоих соединений?
4 Как определить наибольшие и наименьшие предельные размеры
оопряженных поверхностей?
5 Каковы основные понятия и определения точности посадки?
6 Принцип комплектования групп.
Список использованных источников
1 Воробьев А.Н. Технология машиностроения и ремонт машин. – М.:
Высшая школа, 1981.- 256 с.
2 Боднев А.Г., Шаверин Н.Н. Лабораторный практикум по ремонту
автомобилей.- М.: Транспорт, І984.- 116 с.
27
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 5
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ
1 Цель работы
Освоение
методики
разработки
технологических
процессов
изготовления деталей,
Студент должен знать: состав и содержание этапов разработки
технологических процессов.
Студент должен уметь: составлять технологические маршруты,
операционные карты, расчитывать режимы обработки.
2 Оборудование, приспособления, инструмент
Детали СДМ, микрометр с ценой делания 0,01 мм; штангенциркуль с
ценой деления 0,05 мм.
3 Содержание работы
основные
этапы
проектирования
механической обработки
технологических
процессов
Проектирование технологических процессов состоит из следующих
взаимосвязанных этапов: анализа исходных данных и технологического
контроля чертежа детали, выбора типа производства, выбора заготовки,
выбора баз, проектирования технологического маршрута изготовления
детали с выбором типа оборудования, расчета припусков; построение
операций, расчета режимов обработки, технического нормирования
операций, оформления технологической документации в соответствии с
системой ЕСТД (единая система технологической документации).
Данная лабораторная работа предусматривает:
- технологический контроль чертежа;
- выбор заготовки;
- выбор технологических баз;
- расчет (выбор) припусков на обработку;
- установление маршрута обработки;
- построение операций;
- расчет режимов обработки;
- техническое нормирование операций;
- оформление технической документации.
3.1. Технологический контроль чертежа
Этот этап предусматривает проверку правильности выполнения
чертежа с точки зрения технолога-изготовителя. Проверяется и уточняется:
достаточность проекций, видов и сечений; обоснованность назначения
28
квалитетов точности и классов шероховатости; возможность унификации
размеров канавок, проточек, фасок; правильность выбора измерительных баз
и т.д.
3.2. Выбор заготовки
Выбрать заготовку - значит, определить способ её получения, если на
чертеже проставлены такие материалы, как чугун, литейная сталь, или
литейные сплавы цветных металлов, то способ получения заготовки - литье решается однозначно.
Если детали типа ступенчатых валов имеют небольшой перепад в
размерах ступеней, то в качестве заготовок используют прокат.
Заготовки деталей сложной конфигурации из стали и других
материалов получают либо ковкой, либо штамповкой. Штамповка как способ
получения заготовок является предпочтительнее, однако затраты
на.изготовление штампов окупаются только при условии значительного
размера партии деталей.
Для выбора оптимального варианта способа получения заготовки,
выполняют экономические расчеты, на основании которых выбирают
оптимальный вариант.
3.3. Выбор технологических баз
Правильный выбор технологических баз имеет большое значение для
обеспечения требуемой точности обработки и экономичности процесса. Для
правильного выбора технологических баз необходимо знать условия работы
данной детали в сборочной единице.
Рекомендуется, по-возможности, соблюдать принцип совмещения баз,
т.е. в качестве технологической базы принимать поверхности, которые будут
одновременно измерительной базой.
Необходимо также придерживаться принципа постоянства баз, т.е.
использовать в качестве технологической базы одни и те же поверхности,
Соблюдение этого принципа зачастую вызывает определенные
затрудненна. Одним из методов, упрощающих задачу выполнения принципа
постоянства баз, является создание искусственных баз, не имеющих
конструктивного назначения (центровые гнезда валов, специально
обработанные отверстия в корпусных деталях при базировании их на
штифты и т.д.).
На первой операции обычно обрабатываются те поверхности, которые
будут приняты за технологическую базу для последующей операции.
Так как технологической базой на первой операции будут
необработанные поверхности (черновая база), следует выбирать те
поверхности, которые допускают, по-возможности, равномерное снятие
припусков и достаточно точное взаимное расположение обрабатываемых и
не подлежащих обработке поверхностей.
Если все поверхности датали подвергают механической обработке, то в
качестве базы на первой операции следует выбирать поверхности с
наименьшим припуском, чтобы при последующей обработка не получилось
брака из-за недостатка припуска.
29
3.4. Выбор (расчет) припусков
Припуск - слой материала, удаляемый с поверхности заготовки в целях
достижения требований чертежа - точность, качество поверхности.
Припуски подразделяются на переходные (по технологическим
переходам) и общие (сумма переходных).
Припуск на обработку может быть назначен по соответствующим
таблицам, ГОСТам или на основе расчетно-аналитического метода.
При расчетно-аналитическом методе минимальный припуск, например,
определяют, по формулам:
- при последовательной обработке противолежащих поверхностей
(односторонний припуск)
Z = (Rz + h)t-1 + ∆ Σt-1 + εi
- при параллельной
(двусторонний припуск)
обработке
противолежащих
(1)
поверхностей
2Zmin = 2[(Rz + h)t-1 + ∆ Σt-1 + εi]
- при обработке наружных и внутренних поверхностей (двухсторонний
припуск)
2Zmin = 2[(Rz + h)i-1 +
(2)
2  i 1 + Е 2 i ]
где Rz i-1 - высота неровностей профиля на продшествующем переходе;
һі-г - глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующем
переходе (обезуглероженный или отбеленный слой);
∆ Σi-1.- суммарное отклонение расположения поверхности (отклонение
от параллельности, перпендикулярности, симметричности, пересечения осей)
и в некоторых случаях отклонения формы поверхности (отклонения от
плоскостности, прямолинейности на предшествующем переходе);
Еi - погрешность установки заготовки на выполняемом переходе.
Значение параметров для расчетов по формулам (1),(2) выбирают из
соответствующих нормативов ([I], т.1, с.175-196).
Для приближенного расчета припусков можно использовать табличные
данные, которые приводятся в ооответсвтующей справочной литературе. В
таблице 1 приведен пример таких нормативов.
Таблица 1
Ориентировочное значение припусков (на сторону, мм)
Вид
заготовки
Материал
Прокат
Сталь
Припуск
на Общий припуск
толщину
дефектного слоя
0,5
1…2
30
Поковка
Углеродистые стали
Легированные стали
Штамповка Углеродистые стали
Легированные стали
Отливка
Серый чуган
Ковкий чугун
Сталь
Бронза
1,5…3
2…3
0,5…1,0
до 0,5
1…4
1…2
2…4
1…3
2…4
3…5
1…3
1,0…2,0
2…5
1,5…4
3…6
2…4
Общий припуск (табл.1) состоит из переходных (соответственно на
черновую, чистовую и отделочные обработки). В таблице 2 даны
ориентировочные значения припусков для чистовых к отделочных переходов
(операций).
Таблица 2 - Ориентировочное значение припусков на чистовые
и отделочные обработки (на сторону, мм)
Вид обработки
Припуск на сторону, мм
Чистовое обтачивание, фрезерование 0,4 ... 0,8
Алиазноэ обтачивание
0,15 … 0,25
Шлифовании
0,10 ... 0,20
Хонингование
0,04 ... 0,06
С учетом данных таблиц 2 выбор переходных припусков выполняется
соответственно с требованиями чертежа детали по точности и шероховатости
поверхности.
На основании этих требований выбирают вид финишной
(окончательной) обработки. В табл.3 приведены различные способы
обработки, обеспечивающие соответствующие классы шероховатости и
квалитеты точности.
Таблица 3
Ориентировочные значения классов шероховатости
и квалитетов точности при различных методах обработки
Вид обработки
Квалитет точности
мкм
Точение
12 ... 13
12,5
предварительное
Точение чистовое
10 ... 11
2,5 ... 1,25
Точение алмазное
6 ... 7
0,63 ... 0,32
Фрезерование
11 ... 12
12,5
предварительное
Фрезерование чистовое 8 ... 10
2,5 ... 1,25
Фрезерование тонкое
6…7
0,63 ... 0,32
Сверление
11 ... 12
6,3 ... 2,5Шлифование
8 ... 10
1,25 ... 0,63
предварительное
31
Шлифование чистовое
7 ... 8
0,63 ... 0,32
Шлифование тонкое
6 ... 7
0,32 ... 0,08
Развертывание чистовое 6 ... 7
0,63 ... 0,32
Проталивание отверстий 7 ... 8
1,25 ...0,63
ПРИМЕР. Требуется изготовить вал из проката. Диаметр вала ǿ 50 d 10,
Rа = 1,6.
Решение 1. Определяем общий припуск по таблице 1. Принимаем для
проката общий припуск (Zo ) (на сторону) 2 км.
2. Из данных таблицы 3 определяем, что требуемые квелитет и класс
шероховатости можно получить чистовым точением.
3. Из таблицы 2 определяем припуск на чистовое точение - 0,4 мм (на
сторону).
4. Расчитываем припуск на черновую обработку
Zчерн = Zo - Zчист = 2 – 0,4 = 1,6 мм
Разработка маршрута и построение операций
Этот этап разрабатывается в соответствии с заданием в зависимости от
конфигурации, размеров и технических требований к обработке детали,
Маршрут включает перечень всех технологических операций по
изготовлению и контролю детали с указанием соответствующих данных по
оборудованию, оснастке и материалам. Содержание операций излагается без
указания переходов и режимов обработки.
После разработки маршрута он расчленяется на отдельные операции,
которые в свою очередь расчленяются на переходы и установы с расчетом
режимов обработки и техническим нормированием операций.
3.6. Расчет режимов обработки и техническое нормирование операций
Режимы обработки характеризуются глубиной резания, подачей и
скоростью резания. В первую очередь назначают (выбирают) глубину
резания, затем подачу, и после этого производят расчет режимов. После
выбора или расчета режимов обработки определяют затраты времени, т.е.
выполняют техническое нормирование. Определение разряда работ проводят
при помощи тарифно-квалификационного справочника.
3.7. Пример расчета режимов и технического нормирования токарной
обработки
Определить режимы обработки ступени валика длиной 230 мм под
размер ǿ 60 d 10, ( 00,,100
220 ) . Шероховатость после обработки Rа 1,6. Материал сталь марки 45, δи = 50 кг/мм2 = 600 МПа. Заготовка - прокат. Работа с
охлаждением. Стойкость резца Т = 90 мин (Т = 60 ... 90 мин).
3.7.1. Выбираем резец; для углеродистых сталей выбираем сплав
ТІ5К6, γ = 45°.
3.7.2. В качестве технологической базы выбираем центровые гнезда как
характерную базу для обработки деталей типа валов.
32
3.7.3. Определяем припуск, например, по таблице I. Принимаем (по
таблице) припуск (на сторону) 2 мм. Таким образом, диаметр заготовки
составит 64 мм.
Исходя из технических требований (точность – 10й квалитет и Rа 1,6)
по таблице 3 выбираем вид обработки - чистовое точение.
Из таблицы 2 выбираем припуск на чистовую обработку ZЧИСТ = 0,4 мм.
Для вала ǿ 60 d 10, ( 00,,100
220 ) наибольший предельный размер составит 59,9
мм; следовательно, диаметр заготовки после чернового прохода должен быть
Dч = 59,9 + 0,8 = 60,7 мм
3.7.4. Определяем глубину резаняя чернового прохода
t
64  60.7
 1.65 мм
2
3.7.5. Выбираем подачу ([I], n.2, с.266, табл.II). Для глубины до 3 мм
она рекомендуется в пределах: S = 0,5 - 0,9 мм/об.
Принимаем S = 0,5 мм/об.
3.7.6. Определяем скорость резания
V
Cv
Kv
T t x  S y
m
(3)
где V - скорость, м/мин;
Сy - коэффициент;
Т - стойкость резца, мин;
t - глубина резания, мм;
S - подача, мм/об;
Kv - поправочный коэффициент;
x, y, m - показатели степени.
Из табл.17 ([I], т.2, c.269) определяем коэффициенты для расчета
скорости резания по формуле (3).
Сy = 350;
x = 0,15;
y = 0,35;
m = 0,20.
Определяем значение коэффициента К
Kv = Kmv ۰ Kпv ۰ Kиv
(4)
33
где Kv - коэффициент; учитывающий качество обрабатывппмого
материала;
Kmv - коэффициент, отражающий состояние поверхности заготовки;
Kпv - коэффициент, учитывающий качество материала инструмента.
Используя данные табл.1, 2 ([I], т.2, с.261-262), определением
коэффициент Kmv:
 750 

Kmv = Кг 
 b 
nv
 750 
 1.0

 600 
1.0
 1.25
(5)
Используя данные таблицы 5 ([I], т.2, «с.263), определяем значение
коэффициента Кnв; для проката Кnв = 0,9.
Используя данные таблицы 6 ([1]. т.2, с.263), определяем значение
коэффициента; для резца с пластиной ТІ5К6 Kuv = 1,00.
Подставляя выбранные значения и коэффициенты в формулу (3),
получим:
V 
90
0.20
350
1.25  0.9  1  189 м/мин ,
 1.65 0.15  0.5 0.35
Определяем частоту вращения заготовки при расчитанной скорости:
V 
 Dn
1000
(6)
где V - скорость резания, м/мин;
D - диаметр обработки, мм.
Из формулы (6) определяем частоту .вращения заготовки
n
1000 1000 189


 941 об/мин
 D

64
Полученное значение корректируют по паспортным данным станка,
устанавливая фактическое значение n.
Определяем мощность резания. Для этого сначала нужно определить
тангенциальную составляющую силы резания:
Рz = 10 ۰ Cp ۰ tk ۰ Sy ۰Vn ۰ Kp ۰ Kmp
(7)
где Рz - сила резания, Н;
Ср - коэффициент;
t - глубина резания, мм;
34
S - подача, мм/об;
V - скорость резания, м/мин;
Кр - поправочный коэффициент;
Кmp - поправочный коэффициент для стали. [1], т.2. с.264.
x, y, n - показатели степени.
Из данных табл.22 ([1], т.2, с.273), табл.9, 25 ([I], т.2, с.264, 265 и 275)
выбираем значение коэффициента и определяем
Р  10  300  1,851, 0  0,5 0, 75  189 0,15 
600
750
0 , 25 / 0 , 35
 1  831,71 Н
Определяем мощность резания:
N
Pz  V
231,71  189

 2,56 кВт.
1020  60
1020  60
----------------------- (8)
Мощность резания не должна превышать значения мощности,
указанной в паспорте выбранного станка.
3.7.9. Определяем штучное время на обработку ступени:
Тш = То + Тв + Тдоп
(9)
где Тш - штучное время, мин;
То - основное время;
Тв - вспомогательное время;
Тдоп - дополнительное время.
При точении основное время определяется по формуле:
То 
L i
nS
(10)
где То - основное время, мин;
L - длина обработки, мм; L = l1 + l2 + l3 (l1 - врезание; l2 - длина
точения; l3- пробег);
l - число проходов;
n - частота вращения детали, мин;
S - подача, мм/об.
Вспомогательное время (Тв) выбирается по соответствующим
нормативам. Для приближенных расчетов можно принять Тв = 0,78, а
дополнительное (Тдоп) - (0,12...0,14) от Топ (оперативное время).
Топ = То + Тв
Для данного примера определяем
35
То 
230  3,5
 0,50 мин
941  0,5
(значение врезания и перебега инструмента см [6], с.465-482)
Тв = 0,78 ۰ 0,50 = 0,39 мин;
Топ = То + Тв = 0,50 + 0,39 = 0,89 мин;
Тдоп = 0,14 ۰ 0,69 = 0,12 мин;
Тш = 0,89 + 0,12 = 1,01 мин.
Штучное время затем суммируется по всем технологическим
переходам.
Порядок расчета при других видах обработки в целом аналогичен
рассмотренному в примере токарной обработки. Отличие будет в
определении основного времени.
В качестве справочных данных ниже приводятся формулы для расчета
основного времени при различных способах обработки.
При строгании:
То 
B  Y  мин
nS
(11)
где В - размер обрабатываемой поверхности в направлении подачи;
y – У1 + У2 - величина врезания и перебега, мин; .
n - число двойных ходов в минуту;
S - подача на один двойной ход, мм/ход.
При сверлении:
То 
L
мин
nсв  S
(12)
где L = l + y1 + у2 ,
где l - длина (глубина) отверстия, мм;
у1 + у2 - врезание и перебег;
nсв - частота вращения сверла в мин;
S - подача, мм/об.
При цилиндрическом фрезеровании:
То 
ly
мин
Sm
(13)
где- l - размер обработанной поверхности в направлении подачи, мм;
36
y1 - + y2 - врезание и перебег, мм;
Sm - минутная подача, мм/мин.
При протягивании:
То 
ly
мин
1000  V
(14)
где l = lp + lз; lp - рабочая длина протяжки, мм;
lз - длина протягиваемой поверхности заготовки в мм;
у = (20...50) мм - длина перебегов протяжки (на вход и выход);
V - скорость резания, м/мин.
При шлифовании методом продольной подачи:
То 
L lp
nд  S l  B  S t
мин
(15)
гдо L - длина привольного хода стола, мм; при шлифовании на проход l
= l - (I – 2m) B; при продольном шлифовании в упор L = l - (I - m) В; где l длина шлифования, мм;
һ - припуск на сторону, мм;
nq - частота вращения детали в мин;
St - глубина разания (поперечная подача), мм;
В - ширина круга, мм;
К - коэффициент зачистных проходов (К = 1,3...1,7).
При шлифовании методом врезания:
То 
h
мин
nд  S t
(16)
4 Порядок выполнения работы
4.1. Провести обмер детали; исходя из эксплуатационного назначения
поверхностей назначить классы шероховатости и квалитеты точности
обработки. Составить эскизный рабочий чертеж детали (от руки).
4.2. Выбрать способ получения заготовки, назначить припуски и
выбрать технологические базы.
4.3. Составить маршрут обработки; расчленить его операции на
переходы и установы. Выбрать оборудование и оснастку.
4.4. Расчитать режимы обработки (по одному переходу на каждую
операцию). Определить штучное время по переходам и просуммировать его.
4.5. Заполнить бланки маршрутной и операционной карт.
5 Содержание отчета
37
5.1. Цель работы.
5.2. Перечень этапов технологического процесса. Рабочий чертеж
детали (эскизный).
5.3. Эскизы обработки, расчет режимов и штучного времени по
переходам. На эскизах обработки в условных обозначениях (см., например,
[I], т.1, с.49-51, табл.19, 20, 21) должен быть указан способ закрепления и
базирования.
5.4. Заполнены карты (маршрутная и операционная).
6 Контрольные вопросы
Основные этапы разработки технологических процессов.
Назначение технологических баз, принципы их выбора и
использования.
Последовательность расчета режимов реэания и определения
штучного времени.
Список использованных источников
1. Справочник технолога-машиностроителя /Под ред. А.Г.Косиловой и
Р.К.Мещерякова - М.: Машиностроение, 1985, т.1, 2.
2. Воробьев Л.Н. Технология машиностроения и ремонт машин,-М.:
Высшая школа, 1981, с.343.
3. Допуски и посадки. Справочник, В 2-х ч. /В.Д. Мягков и др.- М.:
Машиностроение, 1982.
4. ГОСТ 3.1102-74.
5. ГОСТ 3.1107-81.
6. Обработка металлов резанием. Справочник технолога. /Под ред.
Г.Л.Монахова - М.: Машиностроение, 1974, с.598.
38
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 6
ЧИСТОВАЯ УПРОЧНЯЮЩАЯ ОБРАБОТКА ПЛАСТИЧЕСКИМ
ДЕФОРМИРОВАНИЕМ (ППД)
1 Цель работы
Целью работы является изучение сущности обработки способами
поверхностно-пластического деформирования (ППД) и их влияния на
физико-механические свойства обрабатываемых изделий.
Студент должен знать: виды ППД, физическую сущность воздействия
их на поверхность обработки, эффективность, влияние на параметры
качества изделий, а также методику выбора технологических режимов.
Студент должен уметь: выбирать эффективные режимы обработки,
реализовать их на практике, проводить усталостные испытания и определять
параметры качества обработки деталей,
2 Оборудование, приспособления, инструмент
- токарный станок 16К20;
- трехроликовая накатка для накатывания образцов;
- машина для испытания на усталость УКИ-10М;
- металлографический микроскоп МИМ-7;
- для определения классов шероховатости - эталоны сравнения;
-динамометр для тарировки шкалы трехроликовой накатки;
- твердомер Роквелла для намерения твердости;
- микрометр 0-25 мм с ценой деления по шкале барабана 0,01 мм.
3 Содержание работы.
Особенности обработки деталей способами ппд
В настоящее время способы ППД получили самое широкое
распространение. В частности, практически все коленчагые. валы двигателей
внутреннего сгорания, выпускаемые промышленность, подвергаются
обработке теми или иными способами ППД.
В практике ремонтного производства внедрение этих способов идет
гораздо меньшими темпами, чем это вызывается потребностями ремонтного
производства, нужно учитывать, что сгособами ППД можно упрочнять
практически все: детали строите лъно-дородных маши, работающих в
условиях динамического нагружения и трения. При этом с минимальными
затратами достигается высокий технико-экономический эффект, улучшается
качество ремонта и долговечность отремонтированных издедлй.
Сущнocтъ ППД заключается в механическом воздействии на
поверхностный слой упрочняемой детали элемегтами инструмента39
упрочнителя. Некоторые вида отделочно-упречняющих обработок показаны
на рис. 1.
Глубина деформированного слоя колеблется в широких пределах (от
десятых долей миллиметра при дробеструйной обработке до 5-6 мм и выше
при обкатке, чеканке и динамическом упрочнении шариками) и зависит от
различных. факторов, главным образом, от усилия воздействия упрочнителя.
Способы ППД преследуют, в основном, две цели:
- повышоние прочности и износостойкости;
- получение высоких налетов шероховатости.
Примеры эффективности способов ППД при упрочнении деталей:
- долговечность рессор и пружин может быть увеличена примерно в 10
раз;
- усталостная прочность деталей повышается в два-три раза, а
долговечность - в десятки раз;
применение
раскатки
взамен
хонингования
повышает
производительность в 3-4 раза с одновременным повышением износо
стойности в 2-3 раза.
Особую значимость способы ППД имеют при требованиях достижения
высоких классов шероховатости с минимальными затратами.
Достижение высоких классов шероховатости при обработке лезвийным
инструментом и абразивами связано с целым рядом затруднений:
- поверхностные слои металла подвергаются значительному нагреву;
- нарушается целостность волокон металла;
- создаются ослабляющие металл остаточные напряжения растякжения
в поверхностном слое;
- весьма затруднительно получить высокие классы шероховатости при
обработке сферичесхих и профильных поверхностей, мелких резьб, круговых
и винтовых профильных канавок, торцевых поверхностей и т.д.;
- особенно сложно получить высокие классы шероховатости (9-10
классы и выше) при обработке мягких и вязких материалов, таких, как
например, малоуглеродистой стали, меди, латуни, .некоторых сплавов
титана;
- необходимость мнохопереходной обработки для получения, 10-12
классов, если обрабатываемая поверхность имеет начальную шероховатость
6-7 классов.
Способы ППД в этом случае дают возможность с минимальными
затратами получать высокие классы шероховатости {включая 14-й)
практически на любых материалах. При этом можно достичь коэффициента
отражения поверхности 0,65, т.е. получить практически зеркальную
поверхность. Шероховатость поверхности за один проход инструмента
может быть снижена на 3-5 классов при одновременном сохранении
точности исходных норм и даже её повышения.
В ряде случаев ППД является единственным способом получения
высоких классов шероховатости с сохранением требуемой точности
(некоторые стали, медь, мягкие алюминиевые сплавы и др.). При этом важно,
40
что в отличие от чистовой обработки резанием, металл нагревается
незначительно, его волокна на разрушаются, а в поверхностном слое
возникают благоприятные остаточные напряжения сжатия, препятствующие
развитию усталостных трещин.
Данные таблицы 1 показывают эффективность ППД по повышению
циклической прочности различных автотрантортңых деталей при
дробеструйном наклепе (в процентах в долговечности неупрочненных
деталей). При анализе данных табл.1 следуeт помнигь, что дробеструйная
обработка является далеко не самым креативным способом ППД.
Таблица 1 - Эффективнооть упрочнения наклепом
Наименование
Долговечность
Наименование
деталей
(в
%
к деталей
неупрочненным)
Рессоры
600
Поворотные
кулаки
Шатуны
1000
Клапанные
коромысла
Полуоси
1900
Рулевые штанги
Торсионные валы 700
Пальцы гусениц
Зубчатые колеса
400
Валы генераторов
Коленчатые валы
2900
Сварные швы
Долговечность
(в
%
к
неупрочненным)
330
1400
1600
1000
700
2о0
3.4. Точность обработки.
Точность обработки при использовании способов ППД эависит от
инструкции обрабатываемой детали и конструкции инструмента, режимов
обработки, а также от точности размеров, формы и качества поверхности
детали полученных при обработке на предшествующем переходе.
Величина изменения размера детали, обрабатываемой ППД, зависит от
состояния исходной поверхности. Некоторые данные об этой зависимости
приведены в таблице 2.
В целом точность размеров при обработке способами ППД
существенно не меняется. Так, например, при обкатывании раскатывании
тонкостенных деталей точность их размеров можно повысить на 10-20%, а
отклонение формы при этом составит 10-50 мкм. Наиболее целесообразным
обкатыванием и раскатыванием обрабатывать исходные поверхности 7-11
квалитетов точности.
Таблица 2 - Изменение размеров детали после обработки ІІПД.
Способ
Параметр
Величина, на которую
предварительной
шероховатости, мкм
изменяется
размер
обработки
после обработки
Точение
6,3
0,03 ... 0,06
3,2
0,02. ... 0,04
1,6
0,01 ... 0,02
41
Точение
резцом
Шлифование
широким 3,2
1,6
3,2
1,6
0,01 ... 0,02
до 0,01
0,01 ... 0,03.
0,005 ... 0,015
4 Режимы обработки
Обкатывание и раскатывание следует проводить так, чтобы заданные
результаты достигались за один проход. Но следует использовать обратный
ход в качестве рабочего хода, так как повторные проходы в
противоположных
направлениях
могут
привести
к
излишнему
деформированию поверхностного слоя. Кроме того, рабочий профиль
роликов зачастую предназначен для работы в одну сторону,
Скорость не оказывает заметного влияния на результаты обработки и
выбирается с учетом требуемой производительности, конструктвиных
особенностей детали и оборудования. Обычно скорость составляет 30-150
м/мин.
Подачу при обкатывании выбирают и пределах 0,2...0,6 мм/об.
Глубина наклепанного слоя при обкатывании приближенно может быть
определена по формуле:

Р
2 Т
(1.4)
где δ - глубина наклепанного слоя, мм;
Р - усилие накатывания, Н;
δТ - предел текучести, МПа.
Значительные усилия обкатывания выбирают в зависимости от цели
обработки. Усилие Р (Н) можно определить по формуле:

Dq2 


Р  10 50 


6


(2.4)
где Р - усилие, в Н;
Dq - диаметр упрочняемой детали, мм.
Существуют и другие зависимости для определения усилий Р:
Усилие накатывания наружной поверхности роликом можно также
определить по формуле:
42
Р
Dq  b1  q 2
(3.4)
 Dq  
0,126 E 
 1
 d

и для обработки внутренних поверхностей
Р
Dq  b1  q 2
(4.4)
 Dq  
0,18 E 
 1
d


Для накатывания наружной поверхности шариком
 d q 
P

 0,45E 
2
(5.4)
Тоже для внутренней поверхности
Р
Dq  q 2
 Dq  
0,054 E 
 1  q
d


2
(6.4)
где P - усилие, Н;
Dq - диаметр детали, мм;
d - диаметр накатывающего. шарика или ролика, мм; .,
b1- ширина контакта ролика c обрабатываемым изделием, мм;
Е - модуль упругости обрабатываемого материала МПа;
q - удельное давление, МПа. Величину q ориентировочно можно
принимать q = (1,8 ... 2,1) δ1, где δ1 - прөдел текучести материала, МПа.
Нужно учитывать, однако, что формулы (2.4-5.4) дают возможность
определить приближенное значение требуемого усилия Р, которое, как
правило, приходится корректировать применительнок конкретным условиям
и требованиям обработки
5 О физических предпосылках
пироды упрочнения при обработке ппд
Все процессы ППД основаны на использовании пластических свойств
металлов и проектируются строго в соответствии с физико-механическими
закономерностями, свойственными явлениям пластической деформации
металлического вещества.
Значительное изменение свойств материала - повышение твердостн,
износостойкости, циклической прочности и других параметров обусловелны
сложными изменениями, происходящими в поверхностных слоях металла
при их деформировании,
43
Структура и свойства деформированного слоя имеют существенные
отличия по сравнению с недеформированным металлом.
Прежде всего, к особенностям внутреннего строения зерна металла в
упроченном состоянии относится раздробление его на микрообласти
(пластинки-пачки скольжения, мартенситные кристаллики и т.д.). Эти
микрообъемы или фрагменты, размеры которых составляют 10-3 - 10-4 см,
будучи по-разному кристаллографически ориентированы, разбиваются на
блоки размером 10-35- 10-6 см.
Такие нарушения кристаллического строения зерна вместе с
нарушениями периодичности .в строении решетки внутри блока получили
название тонкой структуры металлов и сплавов в упрочненном состоянии.
Следовательно;
необходимым
и
наиболее
ванным
кристаллоструктурным фактором упрочнения при ППД является
раздробление зерна на фрагменты и образование внутри фрагментов
субмикроскопической блочной структуры.
Некоторые
исследователи
полагают,
что
на
свойства
деформированного слоя определенное влияние оказывают тепловые
процессы, сопровождающие ППД, Так, например, при анализе
мкроструктуры поверхностного слоя закаленной стали, упрочненной
ротационным шариковым упрочнителем, обнаруживаются очень тонкие
белые (плохо травящиеся) полосы.
Микротвердость этих участков выше твердости остального металла
наклепанного слоя. Появление этих полос вполне может быть обусловлено
комплексным воздействием высокой температуры (в микрообъемах) и
пластической деформации. Возможно, что при упрочнении в отдельных
местах деформированной зоны происходит перераспредаление углерода и
переход атомов углерода из одних, менее нагретых участков, в другие, более
нагретые.
Нужно, однако, учитывать, что различные трактовки природы
упрочнения при ПИД являются, по сути дела, рабочими гипотезами, равно
как и многие другие вопросы, связанные с физикой прочности и
пластичности, Несмотря на значительные усилия исследователей в этих
вопросах, многие явления, факты и обстоятельства не имеют пока что четких
объяснений и обнозначной трактовки.
Что касается влияния упрочненного слоя при ППД на механические
свойства детали или образца, то однозначно установлено, что он является
барьером, препятствующим образованию и, главным образом, развитию
трещин.
6 Выполнение работы
Данная работа предусматривает выполнение следующих этапов:
- накатывание поверхности образцов на различных режимах;
- замер твердости накатанных поверхностей;
- усталостные испытания упрочненных образцов;
44
- изучение и зарисовка схемы структуры упрочненного образца (шлиф
приготавливается заблаговременно лаборантами);
- анализ и обработка результатов экспериментов и составление отчета.
Для выявления усилия накатки на механические свойства металла
после ППД необходимо выполнить измерения твердости накатанных
поверхностей, сравнивая, ее с исходной твердостью. Измерения твердости
накатанных поверхностей следует проводить после испытания на усталость,
так как уколы алмазного индактора, нанесенные на рабочую поверхность
перед испытаниями на усталость, могут послужить микроконцентраторами
напряжений и явиться очагом зарождения усталостной трещины.
Сравнительные замеры шероховатости поверхностей до накатывания и
после выполняются при помощи профилометра, либо с помощью образцовэталонов шероховатости. Эти измерения могут проводиться до и после
испытания на усталость.
Усталостные испытания,
Усталостные испытания для определения предела усталости (δ1)
требует значительных затрат времени (несколько десятков часов). Поэтому
при выполнении данной работы выявление влияния ППД на циклическую
прочность проводятся оценкой измерения циклической долговечности числом циклов до разрушений, при напряжениях, значительно
превышающих предел усталости.
Испытания проводятся в такой последовательности:
- зная марку материала испытываемых образцов, по справочным
данным определить предел усталости. Установить нагрузку испытательной
машины, обеспечивающую напряжение в образце δ (1.3 … 1.5) δ1;
- определись долговечность (число циклов до разрушения Np)
ненакатанного образца);
- повторить испытания для накатанного образца и определить процент
увеличения циклической долговечности по отношению к ненакатанному
образцу.
Используя данные , полученные при выполнении работы, необходимо:
- построить и проанализировать кривые кзменения твердости от
величины усилия (НRС = f (Р) и .циклической долговечности Np = f(P);
- выяснить, пугеv сопоставления графиков (НRС = f (Р) и Np = f(P)
существует ли связь между изменением твердости и долговечностью;
- для кривых (НRС = f (Р) и Np = f(P) желательно получить
приближенные математические зависимости (формулы).
На основании результатов экспериментов и их обработки определить
оптимальный режим обработки для данных условий (усилие Р). Дать
заключение об эффективности принятой упрочняющей обработки.
Форма отчета по выполненной работе произвольная; оценка по работе
будет учитывать как правильносгь выполнения работы; так и полноту и
оригинальность исполнения отчета.
45
7 Контрольные вопросы
1 В чем заключается сущность ППД?
2 Перечислить основные способы ППД.
3 Какие цели преследует ППД?
4 Привести примеры эффективности способа.
5 Какие затруднения возникают при получении высоких классов
шероховатости обработки лезвийным и абразивным инструментами?
6 Какие достоинства имеют способы ППД при получении высоких
классов шероховатости?
7 Как изменяется размер детали после обработки ППД и от чего это
изменение зависит?
8 Какие параметры входят в режим обработки ППД, как они
выбираются?
9 Как изменяется структура упрочненного слоя по сравнению с
исходной ?
10 Какую роль играет упрочненный слой?
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Воробьев Л.Н. Технология машиностроения и ремонт машин. – М.,
1981.
2 Справочник технолога машиностроителя. /Под ред.А.Г.Косиловой и
Р.К.Мещерякова). –М., 1985 (том 2й).
3 Упрочнение деталей машин маханическим наклепыванием (Сборник
трудов). – М., 1970.
4 Гуттер Р.С, Овчинский Б.В. Элемент численного анализа и
матаматической обработки результатов опыта. – М., 1970.
5 Лахтин Ю.М. Материаловедение. – М., 1984.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 7
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПЛАЗМЕНННОЙ НАПЛАВКЙ И НАПЫЛЕНИЕМ
ПОРОШКОВЫХ ПОКРЫТИЙ
1 Цель работы
Ознакомление с прогрессивным методом васстановления изношенных
деталей. Кроме материалов, приведенных в данной работе, необходио
проработать другие материалы в различных источниках, включая Интернет.
Работа оформляется в виде реферата с последующей защитой.
46
В настоящее время среди методов порошковой плазменной наплавки
наибольшее распространение в России имеет способ, при котором
используется сжатая прямая дуга, горящая между электродом и изделием. В
то же время за рубежом наиболее активно используется метод порошковой
плазменной наплавки, получивший название РТА - процесс (plasma
transferred arc). При этом методе действуют одновременно основная дуга
(горящая между электродом и изделием) и косвенная или пилотная дуга
(горящая внутри плазмотрона между электродом и плазмообразующим
соплом). В связи с тем, что процесс нанесения покрытий только косвенной
плазменной дугой в России называется плазменным напылением, новая
технология получила название плазменная наплавка-напыление.
Таким образом, процесс плазменной наплавки-напыления - это метод
нанесения порошковых покрытий толщиной 0,5 - 4,0 мм с гибким
регулированием ввода тепла в порошок и изделие плазмотроном с двумя
дугами - основной и пилотной.
Поскольку покрытия наносимые методом плазменного напыления
ограничены толщиной порядка 1 мм, за пределами которой проявляется
тенденция к отслаиванию (вследствие высоких внутренних напряжений), а
покрытия, наносимые плазменной наплавкой традиционным способом с
использованием только основной дуги связаны с большим проплавлением
основного металла и его перемешиванием с присадочным материалом
(соответственно, с отсутствием необходимых свойств покрытия в первом
наплавленном слое), то данная технология плазменной наплавки-напыления
относится к гибридным процессам, совмещающим положительные
характеристики процессов наплавки и напыления.
Качество нанесенных покрытий методом плазменного напыления
зависит от большого числа входных параметров. При этом в настоящий
момент не существует количественных неразрушающих методов контроля
качества плазменных напыленных покрытий. Поэтому получение
беспористых покрытий с максимальными адгезионными свойствами за счет
использования второго источника тепла - основной дуги, позволило
значительно повысить качество и эксплуатационные характеристики
47
покрытий. Основные сравнительные характеристики плазменных процессов
приведены в таблице.
Свойства покрытий, нанесенных различными методами
Характеристика
Плазменное Плазменная
ПНН
(PTAпроцессов
напыление наплавка
процесс)
Толщина
покрытия,
≤ 1,0
слоями ≤ 4,0
0,5-4,0
мм
Пористость покрытия,
≤ 10
отсутствует
отсутствует
%
Прочность сцепления
полное
≤ 100
полное сплавление
покрытия, МПа
сплавление
Растворение покрытия
в основном металле, отсутствует ≤ 5
≤5
%
Температура детали в
процессе
нанесения ≤ 150
≤ 700
≤ 700
покрытия, ° С
Положение
во
всех в
во
поверхности
при
положениях нижнем положении всех положениях
нанесении покрытия
Процесс плазменной наплавки-напыления (РТА - процесс) обеспечивает
использование пилотной (косвенной) дуги для расплавления присадочного
порошка и основной дуги (переносимой) для поддержания необходимой
температуры частиц порошка осажденной на детали. При этом увеличение
времени нахождения частиц порошка при высокой температуре способствует
максимальному сцеплению и уплотнению частиц с минимальным перегревом
поверхности детали. Оптимизация основных характеристик процесса (токов
основной и пилотной дуги, расстояния до изделия, скорости подачи порошка
и
скорости
перемещения
плазмотрона)
выявило
минимальную
48
чувствительность к скорости подачи порошка и в определенных пределах к
скорости перемещения плазмотрона. Ручной и механизированный
плазмотроны для реализации процесса плазменной наплавки-напыления
показаны на рисунке.
При анализе микроструктуры самофлюсующихся покрытий, нанесенных
методом плазменной наплавки-напыления, было отмечено получение литой
структуры (в отличие от слоистой структуры, типичной для процессов
плазменного напыления), а также отсутствие пористости (около 0,3 %).
Микротвердость покрытия составила HV 800. Зона термического влияния
зафиксирована порядка 0,5 мм, в то время как при плазменной наплавке она
составляет около 3-4 мм.
2 Выполнение работы
Кроме материалов, приведенных в данной работе, необходио
проработать другие материалы в различных источниках, включая Интернет.
Работа оформляется в виде реферата с последующей защитой.
49