Особенности работы поворотной цапфы машины, ее конструктивные и технологические особенности

Реферат Цель работы — совершенствование технологии ремонта и организации работ на участке восстановления поворотной цапфы машины специальной 8134 на базе автомобиля УРАЛ 4320 с колесной формулой 6Х6, что обеспечивает надежную послеремонтную эксплуатацию, а также высокий ресурс.

Проанализированы особенности работы цапфы, ее конструктивные, а также технологические особенности. Разработан новый ТП с учетом внедрения в производство нового оборудования. Спроектирован механический участок. Произведен расчет интенсивности шума, рассчитана вентиляционная система. Оценен экономический эффект от внедрения нового ТП.

МАШИНА СПЕЦИАЛЬНАЯ 8134, ПОВОРОТНАЯ ЦАПФА, ВТУЛКА, ВОССТАНОВЛЕНИЕ, ЖЕЛЕЗНЕНИЕ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС, ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ

Содержание Введение

1. Обоснование темы дипломного проекта

1.1 Назначение и конструкция детали

1.2 Анализ технологичности конструкции детали

1.3 Снятие и разборка переднего моста

1.4 Анализ дефектов

2. Анализ способов восстановления детали

2.1 Способ ремонтных размеров

2.2 Способ дополнительной ремонтной детали (ДРД)

2.3 Способ наплавки

2.4 Гальванический способ нанесения покрытия

3. Проектирование технологического процесса восстановления детали

3.1 Обоснование маршрута восстановления

3.2 Разработка плана операций и содержание технологического процесса восстановления детали

3.3 Разработка ТП, выбор оборудования, приспособлений и инструмента

4. Расчет режимов резания

4.1 Расчет операции шлифования (010)

4.2 Расчет операции железнение (015)

4.3 Расчет операции шлифования (020)

4.4 Расчет операции запрессовка (025)

4.5 Расчет операции точение (030)

4.6 Расчет операции наплавка (050)

4.7 Расчет токарной операции (055)

4.8 Расчет операции фрезерования (065)

5. Разработка приспособлений

5.1 Стенд для сборки цапфы поворотной

5.2 Подвеска для железнения цапфы поворотной

5.3 Расчет приспособления для запрессовки втулки и опорного кольца подшипников скольжения валов шарнира равных угловых скоростей

5.4 Приспособление для фиксирования изделия во время фрезерных и токарных работ

6. Расчет механического участка

6.1 Обоснование производственной программы ремонта

6.2 Определение типа производства и расчет трудоемкости по видам работ

6.3 Расчет количества основного оборудования

6.4 Определение количества рабочих

6.5 Расчет площади участка

7. Охрана труда и окружающей среды

7.1 Техника безопасности

7.1.1 Техника безопасности во время механической обработки деталей на металлорежущих станках

7.1.2 Техника безопасности во время проведения гальванических работ

7.1.3 Техника безопасности во время проведения сварочных работ

7.2 Требования электробезопасности

7.3 Производственная санитария

7.4 Пожарная безопасность

7.5 Охрана окружающей среды

7.6 Расчет уровня шума

7.7 Расчет вентиляции при выполнении операции железнения

8. Экономическая оценка проектных решений Выводы Список литературы

Введение

деталь фрезерный сварочный железнение Эффективность производства, его технический прогресс, качество выпускаемой продукции во многом зависит от развития производства: нового оборудования, машин, станков и аппаратов, от всемирного внедрения методов технико-экономического анализа, обеспечивающего решение технических и конструкторских разработок.

Это первый и важный момент в сокращении денежных затрат при производстве новых деталей для дорожной техники. Указанные трудности успешно преодолеваются в условиях серийного и крупносерийного производства, где созданы специализированные автоматические линии, гибкие производственные системы по производству деталей автомобильной и другой техники. И здесь важное место, и особую роль играет то, что последние должны компенсироваться современным модернизированным технологическим оборудованием, оснастки и инструментом и все же следует работать над созданием прогрессивных технологических процессов изготовления деталей, поскольку технология везде стоит во главе узла.

Технология машиностроения изучает совокупность методов и приемов изготовления машин (устранение неисправностей и восстановление работоспособности) выработанных в течении длительного периода времени.

Для обеспечения подготовки высококвалифицированных кадров в области машиностроения в ХНАДУ при выполнении дипломного проекта поднимаются вопросы, которые не только рассматривают производство на данном этапе развития машиностроения, но и затрагивают альтернативные возможности производства в Украине. Применение новых станков и внедрение нового оборудования требует пересмотра техпроцессов, переподготовки кадров. Все больше оборудование, работающее в ручном режиме (необходимо постоянное участие человека в производстве деталей), заменяется станками с ЧПУ.

Целью дипломного проектирования является усовершенствование технологии ремонта цапфы при капитальном ремонте переднего моста машины специальной 8134, приобретение практических навыков в разработке технологии производства и ремонта машин. Основная задача при этом заключается в том, чтобы при выполнении ДП были внесены предложения по усовершенствованию существующих технологий ремонта.

1. Обоснование темы дипломного проекта

1.1 Назначение и конструкция детали Поворотная цапфа полноприводной машины специальной 8134 на базе автомобиля УРАЛ 4320 имеет ряд конструктивных отличий от цапф, применяемых в дорожной технике, где передний мост не выполняет тяговых операций, и является исключительно управляющим органом. В этом случае, к ступице автомобиля подводится крутящий момент через полуоси. Из-за необходимости управлять колесом, т. е. колесо должно имеет возможность поворачивать, цапфа была разделена на две отдельных детали: шаровая опора и цапфа. Так шаровая опора закрывает внутреннею полость от попадания пыли и обеспечивает при этом возможность поворота она также имеет внутреннею полость, в которой располагается шарнир равных угловых скоростей. Цапфа же крепится в восьми местах к шаровой опоре и тем самым является связующим звеном между ступицей колеса и шаровой опорой. На рисунке 1.1 представлена сборочная единица цапфа с втулкой под сальник и втулкой под вилку наружной полуоси. Машина специальная 8134 оборудована системой подкачки шин, поэтому внутри цапфы сделано отверстие по которому происходит подкачка шин. Она имеет следующие характерные поверхности:

1 — резьбовая часть;

2. посадочные поверхности под подшипники ступицы;

3 — напрессованная втулка под сальник;

4 — впрессованная втулка под вилку наружной полуоси;

5 — опорная шайба Каждая из выше перечисленных поверхностей выполняет свою роль в узле в целом.

Рисунок 1.1 — Цапфа Резьбовая часть (поз. 1) — одна из ответственейших поверхностей, т.к. она несет на себе нагрузки по завинчиванию и регулировки, обеспечение необходимого натяга при регулировке подшипников ступицы, а также удержание самой ступицы и всего колеса на цапфе. Для обеспечения всех выше перечисленных свойств, резьбу выполняют метрической, с мелким шагом равным не более 2 мм, что достаточно для обеспечения выше перечисленных требований.

Посадочные поверхности под подшипники ступицы (поз. 2) — представляет собой самую ответственную часть ступицы, т.к. именно эти места обеспечиваю необходимый натяг при установке подшипников. При нескольких демонтажах (спрессовках) подшипников поверхности уменьшаются в диаметре, а значит, может возникать проскальзывание обоймы подшипника по цапфе. Результатом этого является повышенный люфт в ступице, чрезмерное изнашивание резины и как следствие перерасход топлива.

Поэтому основными требованиями к посадочным поверхностям под подшипники ступицы будут следующие:

— достаточная твердость рабочей поверхности;

— достаточно-максимальная точность;

— минимальное радиальное и осевое биение поверхностей.

Напрессованная втулка под сальник (поз. 3) — устанавливается на ступицу с целью повышения ремонтопригодности цапфы. Так при повышенной выработке рабочей поверхности нет необходимости ее наплавлять, а после этого обтачивать и шлифовать. Достаточным является спрессовка старой и напрессовка новой втулки, что удешевляет ремонт узла в целом.

Поэтому основными требованиями к втулке будут следующие:

— достаточная твердость рабочей поверхности;

— высокие требования к шероховатости рабочей поверхности;

— минимальное радиальное и осевое биение поверхностей.

Запрессованная втулка под вилку наружной полуоси (поз. 4) — устанавливается с той же целью, что и втулка позиции 3. однако к ней предъявляются более жесткие требования, т.к. втулка сопрягается с вилкой полуоси (со сталью). Данная втулка является направляющей, а значит должна обеспечить минимально допустимый зазор в паре трения.

Опорная шайба (поз. 5) — служит для уплотнения шаровой опоры и цапфы во избежание утечек воздуха. В узле она является не столь ответственной частью шпинделя, поэтому основным требованием, предъявляемым к ней, является достаточная твердость для мелкого износа при сжатии, смятии при длительной эксплуатации.

Говоря о детали в целом, нужно сказать, что главной базовой поверхностью является ось вала, т.к. деталь представляет собой ступенчатый цилиндр и изготовление каждой ступени имеет свою специфику.

При изготовлении детали важное значение играют размер. Надо отметить, что главными диаметральными размерами будут: диаметр резьбовой части, и диаметр средней части цилиндра, который изготавливается по 8 квалитету точности и диаметром, равным d = 125 мм. Горизонтальные размеры цилиндра опираются на торцевые поверхности цилиндра, поэтому при их получении им нужно уделить должное внимание в плане качества обработки.

Для изготовления детали применяют литье. Используя при этом сталь 35ХГСА. Сталь 35ХГСА имеет ряд свойств в таблицах 1.1 и 1.2 представлены важнейшие механические свойства, а так же химический состав стали.

Таблица 1.1 — Механические свойства стали 35ХГСА.

Таблица 1.2 — Химический состав стали 35ХГСА

Углерод — обязательный компонент стали любого состава. Так как только при сплаве с углеродом железо превращается в сталь и приобретает способность резко изменять свои механические и физико-химические свойства при термической обработке.

Сера и фосфор входят в структуру стали как неизбежные вредные примеси. Под влиянием примесей серы сталь теряет свою пластичность, «красномелкой» и при деформации легко дает горячие трещины. Кроме того, сера ухудшает механические свойства стали и в холодном состоянии: понижает ее вязкость, поэтому содержание серы в стали строго ограничивается. Содержание в стали примесей фосфора влияет на ударную вязкость стали при комнатной температуре. Сталь становится чрезвычайно хрупкой при охлаждении ниже нуля градусов. Таким образом, фосфор ухудшает пластические свойства стали, и его содержание строго ограничивается.

Кремний и марганец вводят в жидкий металл как раскислители при выплавке стали; они остаются в стали в небольшом количестве в виде постоянных полезных примесей.

При введении в жидкую сталь кремния он выполняет роль раскислителя металла, связывая кислород и некоторые газы в прочные химические соединения, которые, будучи, легче железа, всплывают на поверхность жидкой стали и удаляются в виде шлака.

Марганец вводят жидкую сталь для раскисления и очищения от серы.

Влияние небольшого количества кремния и марганца, как постоянных примесей, на свойства стали, обычно, не учитываются, так как они в определенных количествах имеются во всех сталях.

Надо отметить, что в данном случае можно было применить марки сталей типа легированные (ХВГ) или углеродистые стали. Это было бы оправдано с точки зрения безопасности при длительной эксплуатации. Но все дело в том, что деталь в технологическом процессе проходит многостадийную термическую обработку и по этому даже для простой стали 35ХГСА этого достаточно, чтобы иметь достаточные показатели по твердости и прочности стали. Другим важным фактором является то, что данная сталь имеет низкие стоимостные показатели, что скажется в виде экономического эффекта при изготовлении партии деталей. По этому в дальнейших расчетах будем применять сталь 35ХГСА.

1.2 Анализ технологичности конструкции детали Данная деталь — ступенчатый полый вал. Форма детали примерна одного класса сложности. Заготовку можно получить всеми основанными способами. К ним относятся: литье, прокат, поковка и штамповка. Если оценить основные характеристики получения заготовок, то надо отметить, что штамповка и паковка будут менее эффективны, чем литье и прокат с экономической точки зрения, т.к. деталь имеет форму цилиндра, то для ее изготовления применялось литье. Надо отметить, что внутренняя полость детали не является рабочей, а значит, не имеет необходимости применения обработки во время проведения ремонтных работ.

Особенностью детали является то, что она не имеет труднодоступных мест, специальных уступов или других плоскостей технологически недоступных или необрабатываемых. Исключение составляет воздушный закрытый канал, который при производстве требует повышенной квалификации, мы рассматривает условия ремонта, а при выполнении ремонтных работ этот канал не ремонтируется. Все выше перечисленные требования не требуют специальных или универсальных станков, а так же рабочих высоких разрядов, что уменьшает энергетические затраты и людские по заводу.

Для деталей типа ступенчатый вал, типовым элементом базирование является ось вала. Это распространяется и на нашу деталь, потому что все осевые и радиальные биения мы будем измерять относительно оси вала. Деталь в процессе обработки проходит многостадийную термообработку, после которой мы направляем деталь на механическую обработку, на чистовые операции. Поэтому здесь важно соблюдение всех основных режимов при термообработке для предотвращения коробления и увода детали.

Так как деталь типа тела вращения, то основная обработка на токарных станках будет осуществляться проходными резцами. Можно было бы уменьшить параметры диаметров ступеней вала с целью улучшения коэффициента использования металла. Но так как диаметральные параметры обеспечены конструкторскими решениями, этого не следует делать в целях техники безопасности.

Экономически и практически будет обосновано установка втулок скольжения, которая удешевит ремонт изделия.

К сожалению, деталь нельзя заменить равноценным гладким валом исходя из соображений конструктивности и безопасности при ее работе.

1.3 Снятие и разборка переднего моста машины специальной 8134

Порядок демонтажа переднего ведущего моста следующий.

Установить автомобиль на смотровую канаву. Закрыть колесные краны. Ослабить затяжку гаек крепления колес демонтируемого моста, снять защитные кожухи и отсоединить шланги подвода воздуха от колесных кранов. Слить смазочный материал из картера моста.

Поднять заднюю часть машины специальной 8134 и установить под задний конец рамы подставу. Отвернуть гайки крепления колес и снять колеса. Установить и закрепить приспособление (рис. 1.2). С помощью регулировочных эксцентриков развести тормозные колодки, предотвратив тем самым проворачивание балки моста при последующих операциях разборки.

Снять карданный вал привода переднего моста, отсоединить шланги и трубопроводы тормозов, системы герметизации и системы накачки шин.

Отсоединить от балки моста кронштейн верхней реактивной штанги, отсоединить и снять нижние реактивные штанги.

Отсоединить тягу сошки рулевого механизма от рычага левого поворотного кулака, гидроусилитель от рычага правого поворотного кулака. Отсоединить и снять с кронштейнов нижние головки амортизаторов.

С помощью установленного и закрепленного приспособления приподнять мост и, отвернув гайки стремянок, снять хомуты крепления передних рессор. Опустить передний ведущий мост на тележку, отсоединить приспособление и выкатить тележку из-под автомобиля.

Разборка моста.

Редуктор переднего моста в отличие от редуктора среднего (заднего) моста демонтировать только после снятия с автомобиля моста в сборе.

Демонтированный передний мост установить на подставки. Отсоединить тягу рулевой трапеции, шланги тормозов и системы герметизации. Отвернуть гайки крепления шаровых опор. С помощью монтажной лопатки снять узлы поворотных кулаков в сборе, используя выточки фланцев шаровых опор.

Рисунок 1.2 — Демонтаж переднего моста Поворотные кулаки и шарниры переднего ведущего моста Устройство колесной части и узла поворотного кулака переднего ведущего моста показано на рисунке 1.3. Разбирать узел поворотного кулака только при замене смазочного материала в корпусе поворотного кулака, при регулировке подшипников шкворней и в случае неисправности (поломка деталей шарнира равных угловых скоростей, разрушение подшипника шкворня).

Рисунок 1.3 — Колесная часть и поворотный кулак:

1 — ступица; 2 — шланг подвода воздуха; 3 — подшипник; 4 — поворотная цапфа; 5 — блок манжет подвода воздуха; 6 — передняя полуось; 7 — контргайка; 8 — штифт; 9 — замочная шайба; 10 — внутренняя гайка цапфы; 11 — колесный тормозной цилиндр; 12 — тормозной барабан; 13 — манжета; 14 — разжимная втулка; 15 — пресс-масленка; 16 — рычаг поворотного кулака; 17 — шкворень; 18 — корпус поворотного кулака; 19 — диск шарнира; 20 — шаровая опора; 21 — упорная шайба полуоси; 22, 30 — втулки; 23 — внутренняя полуось; 24 — кулак шарнира; 25 — вилка наружной полуоси; 26 — сальник шаровой опоры в сборе; 27 — регулировочные прокладки; 28 — крышка подшипника; 29 — опорная шайба; 31 — шпилька; а — резьбовое отверстие для съемника полуоси; б — канал в цапфе для подвода воздуха При разборке узла нельзя разукомплектовывать приработавшиеся детали шарнира. Кроме того, важно сохранить взаимное положение деталей шарнира.

Отвернуть болты крепления крышки ступицы, вывернуть из полуоси в угольник подвода воздуха и снять крышку ступицы вместе с уплотнителем и шлангом подвода воздуха. С помощью съемника извлечь полуось 6.

Разогнув край стопорной шайбы, отвернуть контргайку 7, снять стопорную и замочную шайбы. Отвернуть гайку 10 и снять ступицу колеса в сборе с тормозным барабаном. С помощью монтажной лопатки снять стяжную пружину тормозных колодок.

Отвернуть гайки крепления щита тормоза и поворотной цапфы 4. Снять щит тормоза в сборе с тормозными колодками, колесным цилиндром 11, обоймой, пылезащитным сальником и шайбой. Снять со шпилек корпуса поворотного кулака поворотную цапфу.

1.4 Анализ дефектов К наиболее часто встречаемым дефектам цапфы относится обломы и трещины разной природы возникновения. При возникновении подобного дефекта восстановление цапфы зачастую невозможно из-за его конструктивных особенностей. Как правило, обломы встречаются в местах крепления цапфы и восстанавливать эти места приходится, индивидуально подходя к каждой детали, что в условиях предприятия является экономически невыгодным. Трещины так же приходятся на резьбовую часть, которую не всегда возможно заварить. Она проходит термическую обработку в виде наплавки и последующего нарезания резьбы, а трещины на резьбовой части являются концентраторами напряжений, что может вызвать разрушение в процессе эксплуатации.

На цапфу напрессовывают два подшипника, которые обеспечивают вращение колеса и отвечают за осевой люфт. Ресурс цапфы в несколько раз выше ресурса подшипников, что вызывает необходимость демонтажа их с цапфы. Подшипники устанавливаются с натягом, а при демонтажах происходит стирание верхнего слоя металла с поверхности цапфы, что приводит к необходимости восстанавливать рабочую поверхность цапфы. Максимальный допустимый износ поверхности под подшипники составляет 0,16 мм. Восстановление же подобного износа можно производить несколькими способами: методом наплавки с последующим точением и шлифованием, гальваническим методом, металлизация напылением, пластическим деформированием. Во внутрь цапфы впрессовывается бронзовая втулка, которая работает как подшипника скольжения в соединении с вилкой наружной полуоси. В процессе работы происходит увеличение зазора, что приводит к повышенному люфту, а значит к произвольному изменению угла наклона вилки. При восстановлении цапфы происходит замена выработанной втулки на новую. В ступицу, для предотвращения утечки масла и попадания пыли, устанавливается сальник, который находится в постоянном контакте с цапфой. Для предотвращения износа цапфы на нее напрессовывают кольцо, материал которого сталь 40Х, при износе кольца большем чем на 0,4 мм или наличии на нем царапин или рисок оно подлежит демонтажу с последующей напрессовкой нового кольца на поверхность. Так как износ невелик, то так же возможны какие-либо другие способы восстановления: гальваническим методом, металлизация напылением, пластическим деформированием. Самой ответственной частью цапфы является ее резьбовая часть. В процессе эксплуатации она подвержена большим нагрузкам, кроме того подвергается постоянным воздействиям во время регулировочных работ. Восстановление резьбовой части является самой ответственной частью технологического процесса, т.к. включает в себя: токарные, наплавочные, резьбонарезные и фрезерные работы. Надо отметить, что если на резьбовой части нарушено не больше трех витков, то допускается калибрование резьбы без наплавочных работ.

Таблица 1.3 — Анализ дефектов цапфы поворотной переднего моста

2. Анализ способов восстановления детали Работоспособность любого узла определяется расчетной величиной зазора (натяга), установленным конструктором при проектировании сопряжения.

В процессе эксплуатации из-за различных видов изнашивания рабочих поверхностей деталей работоспособность сопряжения снижается и при достижении предельного значения полностью исчезает, что делает узел агрегата полностью неработоспособным. Поэтому основным принципом восстановления работоспособности агрегата, является восстановление сопряжения, что достигается восстановлением рабочих поверхностей деталей.

Восстановление номинальных значений размеров сопряжения обязательно. Восстановление рабочих поверхностей деталей узла возможно двумя вариантами:

1. Изменение номинального значения восстанавливаемой поверхности.

2. Восстановление номинального размера рабочей поверхности.

Первый вариант реализуется единственным доступным способом восстановления — способ ремонтных размеров. Изнашиваемую поверхность подвергают обработки резанием, уменьшая размер до следующего номинального установленного заводом изготовителем.

Второй — нанесением на изношенную поверхность различных металлопокрытий. Существует несколько методов нанесения металлопокрытий:

— наплавка;

— металлизация напылением;

— гальванопокрытие и др.

Восстановление номинального размера возможно и без использования дополнительного металла. Например, перераспределением металла с самой

детали с нерабочей зоны в зону изнашиваемой поверхности.

Способ наплавки металлизацией гальванопокрытий дополняется еще механической установкой на изношенную поверхность дополнительной детали (ДРД).

Для восстановления сопряжения в целом (как правило неподвижных) используются различные клеевые композиции на основе полимерных материалов.

2.1 Способ ремонтных размеров Этот способ реализуется полностью механической обработкой изношенной поверхности и технологически соответствует чистовой обработке этих поверхностей при изготовлении.

Ремонтные размеры бывают стандартные (категорийные), регламентированные, а также свободные.

В основе назначения ремонтных размеров лежат среднестатистические значения величины максимального износа поверхности плюс величина минимального припуска для обеспечения качественной обработки поверхности.

Рисунок 2.1 — Схема расчета ремонтного интервала

(2.1)

(2.2)

щ — ремонтный интервал.

Стремятся, чтобы ремонтный интервал был постоянный. Величина последнего ремонтного размера определяется прочностью и толщиной поверхностного упрочненного слоя.

Способ ремонтных размеров самый экономичный, его недостатком является увеличение номенклатуры.

Как правило, обработкой в ремонтный размер подвергаются дорогостоящие детали. В таком случае сопрягаемую деталь изготавливают новую. В нашем случае данный метод восстановления не применяется, т.к. сопрягаемыми деталями являются сальник и подшипники, размеры которых гостированы и не допускают восстановления.

2.2 Способ дополнительной ремонтной детали (ДРД) Этот способ характеризуется путем предварительной обработки изношенной поверхности (подготовка поверхности), изготовлением дополнительной ремонтной детали нужной конфигурации. Установка этой детали на подготовленную поверхность, окончательная подготовка рабочей поверхности, как правило в номинальный размер. Этот способ реализуется механической обработкой с дополнительной слесарной или сварочной операции при установке ДРД.

Основным видом ДРД является втулка. Которую проваривают или запрессовывают (напрессовывают) в основную деталь.

(2.3)

где р — контактное давление;

d — посадочный диаметр;

l — длина контакта;

f — коэффициент трения.

Контактное давление при запрессовки рассчитывается по следующей формуле:

(2.4)

где Td — величина натяга;

E₁ — модуль Юнга для втулки;

E₂ — модуль Юнга для втулки;

С₁, С₂ — коэффициенты зависящие от детали.

Недостатком данного метода восстановления является то, что он требует тщательной подготовки поверхностей, дополнительной детали, что приводит к увеличению себестоимости ремонта. Однако в узлах где происходит постоянный механический контакт без дополнительной смазки наблюдается повышенный износ, поэтому там целесообразно применять этот способ восстановления.

2.3 Способ наплавки Для восстановления изношенной поверхности под номинальный размер используют несколько способов нанесения покрытия 8, 9, 10:

наплавка;

металлизация напылением;

напыление.

Для наплавки используется автоматическая наплавка под флюсом 11, автоматическая наплавка открытой дугой, а также вибродуговая автоматическая наплавка.

Среди автоматической наплавки под слоем флюса наибольшее распространение получили три технологии 12.

Первая разработана НИИАТ и ГосНИТИ допускает наплавку пружинной проволокой 2-го класса (ГОСТ 9389−80), которой соответствует приблизительно ЧП-80 ЧП-65Г или ЧП-68 под флюсом марки АН-348 с примесью 2,5% феррохрома и 2% графита. Технология не допускает термическую обработку после наплавки.

Вторая технология разработана Саратовским политехническим институтом. Она предусматривает наплавку проволокой ЧП-30ХГСА под флюсом АН-348 или проволокой 11 ЧП-40Х2Г2Г под флюсом АН-15М с использованием после наплавки нормализации, а в завершение закалки.

Технология разработанная НВО «Казавтотрастехника» предусматривает наплавку пружинной проволокой 2-го класса 12, например ЧП-65Г 11 под флюсом АН-348А с использованием после наплавки высокого отпуска.

Кроме вышесказанного существуют также технологии:

пружинной проволокой под керамическим флюсом АНК-18 без использования в конце термической обработки 11;

автоматическая многоэлектродная наплавка легированным сварочным электродом с использованием флюса и защитного газа 11;

автоматическая наплавка 11 валов из высокопрочного чугуна сварочной проволкой Св-08А с использованием ферромагнитной шихты и комплексного модификатора, порошка фтористого кальция, порошка алюминия, графита серебристого;

наплавка с использованием порошка, который содержит 61% железного порошка, 6% алюминия, 12% комплексного модификатора ЖКМК-3Г, 18% графита, 1% фтористого кальция 13.

Наплавка открытой дугой используется исключительно для чугунных деталей 11. Технология допускает многослойную наплавку детали с высокопрочного чугуна электродом Св-08А с ферромагнитной порошковой присадкой, которая обеспечивает получение синтетического чугуна и отсутствие в зоне плавления сетки трещин.

Все методы наплавки имеют ряд преимуществ и недостатков.

При использовании процесса 8 металлизации выполняются три операции: подготовка поверхности, нанесение «сырого» слоя из порошкового материала и его запекания. Подготовка предусматривает нагревание детали в атмосфере водорода к температуре 650−680⁰С и последующую пескоструйную обработку. Нанесение «сырого» слоя в виде полувтулки переменного сечения, по разрезу изготовленных в специальных пресс-формах; исключает необходимость последующей обработки Давление, с которым полувтулки прижимаются к поверхности изделия, составляет 420−450 МПа. Детали с напрессованными на них оболочками загружаются в графитовые формы и засыпаются порошком оксида алюминия. Потом формы помещаются в печь беспрерывного действия, где на протяжении 20 мин при температуре 1100−11 180⁰С в среде углерода проходит прижигание оболочек.

Пористость такого покрытия составляет 4−6%. Твердость до 86 HRС. Шлак, который используется для запекания состоит из чугунной стружки (3,9% углерода) и железного порошка — 40%. Сопротивление усталости образцов диаметром рабочей части 8,5 мм с покрытием 0,75 мм в сравнении с образцами изготовленных из стали 45 равняется 98%.

Напыление, как и наплавка, имеет несколько вариантов:

— газопламенное;

— плазменное;

— детонационное;

— электродуговое.

На рисунке 2.2 представлен общий вид комплекса плазменного напыления. Основной недостаток методов напыления это низкая прочность сцепления покрытия с деталью, которая пока еще сдерживает их широкое применение.

Рисунок 2.2 — Комплекс плазменного напыления Отличительная особенность методов напыления — отсутствие температурного действия на материал детали. В связи с этим практически исключаются деформации детали.

Электродуговое напыление осуществляется аппаратами, в которых расплавление металла осуществляется электрической дугой, которая горит между двумя электродами, а распыление — струей сжатого воздуха. Этот метод имеет ряд преимуществ, которые очень важны в наше время:

— высокую производительность;

— доступность источников энергии для процесса плавления электрода [10];

— высокую стабильность процесса распыления;

— простое и надежное оборудование;

— низкие требования к квалификации обслуживающего персонала;

— хорошая обрабатываемость детали;

— возможность механизации и автоматизации процесса.

Вместе с этим этот метод не получил надлежащего применения из-за низкого сцепление покрытия с основой, значительную пористость, а также низкие триботехнические характеристики покрытия. Одним из направлений повышения качества восстановления деталей есть использования новых материалов, в том числе композиционных. Стойкие к износам композитные покрытия получают путем соединения в объеме покрытия с одним из материалов, в первую очередь, металла и керамики, т. е. на поверхности детали формируется рабочий слой, который представляет собой металлическую матрицу с включенными в нее частичками наполнителя. Не нужно также забывать, что триботехнические характеристики покрытия, а также сцепление в значительной мере можно увеличить, если правильно выбрать режимы напыления.

Отличительной особенностью этого метода восстановления есть нанесения двух слоев покрытия: первый наносится электродом 45 Si 34, второй (износоустойчивый) — электродом 10 Mn Cr Ti8.

2.4 Гальванический способ нанесения покрытия Данный способ восстановления реализуется в основном двумя видами наносимых металлов: хром, железо. Отсюда названия: хромирование и железнение. Из-за особенностей течения процесса нанесение покрытия технологически должна быть обеспечена толщина слоя для железнения не больше — 0,5 мм, для хромирования — 0,15 мм.

На качество покрытия влияет:

— состав электролита;

— режим работы ванны (плотность тока, температура электролита);

— качество подготовки поверхности, что обеспечивает мелкодисперсность структуры покрытия и прочность сцепления с основным покрытием.

Качество сцепления обеспечивается близостью размеров кристаллических решеток детали и осаждаемого металла (расхождение не более 15%).

Для хромирования используется CrO₃ (хромовый ангидрид). Его концентрация составляет от 150 г/литр до 400 г/литр:

— концентрированная 300−400 г/литр;

— универсальная 200−300 г/литр;

— бедная 150−200 г/литр.

Для улучшения процесса добавляют 1% H₂SO₄ (по массе электролита).

Для железнения используется FeH₂ (двухлористое железо). Его концентрация составляет 200−220 г/литр. Для улучшения процесса добавляют 1−2% соляной кислоты (по массе электролита).

Хромирование и железнение ведется в горячих ваннах >50 ⁰C.

Технологический процесс хромирования и железнения содержит большой объем операций по подготовке поверхности под покрытие, которые включают:

1. Механическая обработка (для восстановления правильной геометрической формы):

a. Точение;

b. Шлифование;

c. Полирование до параметра Ra = 0.08

2. Изоляция мест не подлежащих покрытию;

3. монтаж детали на подвеске. Главное условие — эквидистантность, от поверхности катода — анода, т. е. анод должен по возможности повторять ту деталь которую необходимо покрыть;

4. загрузка детали в ванну для проведения электролитического обезжиривания;

5. анодное травление (декапирование);

6. осаждение;

7. промывка;

8. Окончательная механическая обработка (шлифование).

Припуск на механическую обработку для хромирования составляет 0,03−0,05 мм.

Припуск на механическую обработку для железнения составляет 0,15−0,25 мм.

3. Проектирование технологического процесса восстановления детали

3.1 Обоснование маршрута восстановления В предыдущих главах проанализированы типичные дефекты, встречающиеся у цапфы во время дефектовки. Так же рассмотрены наиболее распространенные методы восстановления изношенных поверхностей.

Все дефекты, встречающиеся в цапфе условно можно разделить на две части: первые устраняются путем нанесения на изношенную поверхность металла с рядом последующих операций (точение, шлифование, нарезание резьбы). К таким дефектам относятся: износ поверхностей под подшипники, износ поверхности кольца под сальник, износ резьбы. Вторые устраняются путем замены втулок, к таким дефектам относятся: износ отверстия втулки под вилку наружной полуоси и износ поверхности упорной шайбы по толщине.

При рассмотрении способов нанесения металлов на изношенную поверхность, учитывая, что износ поверхности не превышает 0,2 мм, наиболее эффективным способом восстановления поверхности под подшипники будет железнение, с последующим шлифованием до нужного размера.

Износ поверхности кольца под сальник, из тех же соображений, восстановление производить тем же способом — железнением.

Для восстановления резьбы, учитывая характер дефекта и геометрической формы, необходимо использовать наплавку под флюсом. Для этого предварительно на токарном станке производится обтачивание старой резьбы после этого наплавка и нарезание новой резьбы.

3.2 Разработка плана операций и содержание технологического процесса восстановления детали Согласно рекомендациям составляем план операций технологического процесса, который состоит из следующих операций:

05 Слесарная: выпрессовать детали:

— 375−23 004 088 (втулка под вилку наружной полуоси), выдерживая l =57 мм, d =75.5 мм;

— 375−2 304 087 (опорная шайба) выдерживая l = 3,5 мм, d =98 мм;

10 Шлифовальная: шлифовать поверхности:

— под подшипники выдерживая размеры l = 40 мм, d =119,7^+0,1 мм;

— под сальник l = 23,5_-0,13 мм, d =136,5 min мм;

15 Железнение: железнить поверхности под подшипники и под сальник

20 Шлифовальная: шлифовать поверхности:

— под подшипники выдерживая размеры l = 40 мм, d =120^-0,0401_-0,075 мм;

— под сальник l = 23,5_-0,13 мм, d =137^-0,08 мм;

25 Слесарная: Запрессовать детали:

— 375−23 004 088 (втулка под вилку наружной полуоси), выдерживая l =57 мм, d_н =75.5 мм, d_вн =71,5^+0,1 мм;

— 375−2 304 087 (опорная шайба) выдерживая l = 3,5 мм, d =98 мм;

Выход масляной канавки детали 375−2 304 088 должен быть обращен к детали 375−23 040 087

30 Токарная: расточить деталь 375−23 004 088 выдерживая размеры l =57 мм, d =72^+0,1 мм;

35 Токарная: точить поверхность резьбы выдержав размер l =38,5 мм, d = 113_-0,1 мм;

40 Наплавочная: наплавить поверхность резьбы выдержав размер

l =38,5 мм, d = 119 мм;

45 Токарная: точить поверхность выдерживая размеры l =38,5 мм, d = 115 мм;

Нарезать резьбу М115×2 -6g

50 Фрезерная: Фрезеровать паз выдерживая размеры l = 45 мм, b = 10 мм, h = 108,5 мм.

55 Контрольная: Произвести контроль всех операций.

3.3 Разработка ТП, выбор оборудования, приспособлений и инструмента Описание и выбор технологического оборудования, приспособлений, режущего и измерительного инструмента сведем в таблицу 3.1

Таблица 3.1 — Маршрут восстановления детали

4. Расчет режимов резания

4.1 Расчет операции шлифование (010)

Операцию будем производить на кругло-шлифовальном станке 3А151. Обработка ведется кругом шлифовальный круг 1- 600×50×305 24А 16-ПСМ1 6к5 ГОСТ 2424–83.

1. Глубина. Принимаем t_Р =0,02 мм.

2. Подача. Принимаем по станку s = 1,5 мм/об.

3. Скорость резания, м/мин

(4.1)

где С_v = 53 — коэффициент, учитывающий материал детали;

Т = 90 мин. — стойкость инструмента;

q, m, y — показатели степени, принимаемые согласно справочника;

К — общий поправочный коэффициент на скорость резания К = К₁ К₂ К₃, (4.2)

где К₁ = 1 — коэффициент, учитывающий механические свойства обрабатываемого материала;

К₂ = 1 — коэффициент, учитывающий марку материала инструмента.

К₃ = 3 — коэффициент, учитывающий затупление инструмента.

4. Рассчитать частоту вращения круга, об/мин

(4.3)

Скорректируем рассчитанную величину по паспортным данным станка, в нашем случае n_ст =180 об/мин.

5. Определяем скорость шлифования по станку, м/мин.

(4.4)

6. Определить крутящий момент при шлифовании, Нм

(4.5)

где D — номинальный диаметр, мм;

К_р =1 — поправочный коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала;

С_м = 0,0270 — поправочный коэффициент;

q = 1.4;

y = 1.5.

7. Рассчитать мощность шлифования, кВт

(4.6)

8. Определение допустимой мощности на шпинделе, кВт

(4.7)

где = 0,9 — кпд станка по приводу

— мощность электродвигателя станка, кВт.

9. Проверка режимов шлифования по мощности. При этом должно выполняться условие, в нашем случае 7,46 8,1, то есть условие выполняется. Значит, процесс шлифования на заданном станке возможен.

10. Определение основного времени, мин

(4.8)

где L — расчетная длина обработки, мм;

L = 80 мм

Нормирование технологического процесса, мин

(4.9)

где — основное (технологическое) время, мин.;

— вспомогательное время, мин.;

= 0,04(+) — время организационного обслуживания, мин.;

= 0,06 (+) — время, которое затрачивается работником на дополнительный отдых и личные потребности.

4.2 Расчет операции железнения (015)

Масса осажденного металла:

(4.10)

где б — электрохимический эквивалент;

I — сила тока;

ф — время;

з — выход по току.

Принимаем б = 1,042; з = 0,8.

(4.11)

(4.12)

где F_покр — площадь железнения;

d — диаметр заготовки;

l — ширина заготовки;

h — необходимая толщина металла.

Оптимальная толщина осажденного слоя за 1 час равна 0,04 мм Приравняем формулы (4.10) и (4.11) и выразим ф.

(4.13)

где — плотность тока, принимаем равную 10А/дм²

4.3 Расчет операции шлифование (020)

Операцию будем производить на кругло-шлифовальном станке 3А151. Обработка ведется кругом шлифовальный круг 1- 600×50×305 24А 16-ПСМ1 6к5 ГОСТ 2424–83.

2. Глубина. Принимаем t_Р =0,1 мм.

2. Подача. Принимаем по станку s = 1,5 мм/об.

3. Скорость резания, м/мин где С_v = 53 — коэффициент, учитывающий материал детали;

Т = 90 мин. — стойкость инструмента;

q, m, y — показатели степени, принимаемые согласно справочника;

К — общий поправочный коэффициент на скорость резания К = К₁ К₂ К₃,

где К₁ = 1 — коэффициент, учитывающий механические свойства обрабатываемого материала;

К₂ = 1 — коэффициент, учитывающий марку материала инструмента.

К₃ = 3 — коэффициент, учитывающий затупление инструмента.

4. Рассчитать частоту вращения круга, об/мин Скорректируем рассчитанную величину по паспортным данным станка, в нашем случае n_ст =180об/мин.

5. Определяем скорость шлифования по станку, м/мин.

7. Определить крутящий момент при шлифовании, Нм где D — номинальный диаметр, мм;

К_р =1 — поправочный коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала;

С_м = 0,0270 — поправочный коэффициент;

q = 1.4;

y = 1.5.

7. Рассчитать мощность шлифования, кВт

8. Определение допустимой мощности на шпинделе, кВт где = 0,9 — кпд станка по приводу

— мощность электродвигателя станка, кВт.

9. Проверка режимов шлифования по мощности. При этом должно выполняться условие, в нашем случае 7,46 8,1, то есть условие выполняется. Значит, процесс шлифования на заданном станке возможен.

10. Определение основного времени, мин где L — расчетная длина обработки, мм;

L = 80 мм

Нормирование технологического процесса, мин где — основное (технологическое) время, мин.;

— вспомогательное время, мин.;

= 0,04(+) — время организационного обслуживания, мин.;

= 0,06 (+) — время, которое затрачивается работником на дополнительный отдых и личные потребности.

4.4 Расчет операции запрессовки Усилие запрессовки определяется по формуле, кН [17, с. 69]

F=f n d L p, (4.14)

где f — коэффициент трения. Согласно [17, с. 69] принимаем f=0,12.

d — диаметр контактирующих поверхностей, мм. Согласно [17, с. 69]

d=d_ВО+2, (4.15)

где d_ВО — верхнее предельное отклонение отремонтированной детали, мм.

d_ВО=0,008 мм.

д — толщина кольца, мм [17, с. 69]

(4.16)

(4.17)

где [у] - допустимое напряжение для материала втулки — сталь 40. [у] =250 МПа.

_Т — граница текучести для материала втулки. _Т=520МПа.

По формуле (4.17) n=2.1.

р — удельное контактное давление, МПа

(4.18)

где Д — максимальный расчетный натяг, Д=133 мкм.

С₁ и С₂ — коэффициенты охватывающей и охватываемой детали.

Согласно [17, с. 70]

(4.19)

(4.20)

где d₀ — диаметр отверстия охватываемой детали, мм. d₀=120 мм.

D — внешний диаметр охватывающей детали, мм. D=137 мм.

₁ и ₂ — коэффициенты Пуассона для охватывающей и охватываемой детали. Принимаем ₁=₂=0,2.

Е₁ и Е₂ — модули упругости охватывающей и охватываемой детали. Принимаем Е₁=Е₂=2,0510⁶ МПа.

Согласно формуле (4.19) и (4.20) имеем С₁=2,62; С₂=1,6.

Согласно формуле (4.18) р=108 МПа.

Согласно формуле (4.16) д=22,4 мм.

По формуле (4.15) d=119,808 мм.

Усилие запрессовки, формула (4.14)

F=170,4 кН.

Техническая норма времени, формула

(4.21)

Согласно [17, с. 346] принимаем:

t₀=1,7 мин; t_ВУ =1,5 мин; t =0 мин; t _орм=6 мин; T_ПЗ=3 мин, t_ШК=9,2 мин.

4.5 Расчет токарной операции Черновое растачивание посадочного места во втулке под вилку полуоси будет происходить на следующих режимах:

Глубина резания Согласно [17, с. 342] принимаем t=1,5 мм.

Подача Согласно [17, с. 342] принимаем S=0,11 мм/об.

Скорость резания [17, с. 342], м/мин

(4.22)

где Т — среднее значение стойкости при одноинструментальной обработке, мин. Согласно [17, с. 342] принимаем Т=60 мин.

C_V — коэффициент, значение которого принимаем согласно 17, с. 342 C_V=420.

K_V-коэффициент, который определяется перемножением коэффициентов согласно 17, с. 313

K_V=K_mv K_uv K_v K_rv K_nv,(4.23)

где K_mv — коэффициент, который учитывает влияние материала заготовки. Согласно [17, с. 344]

K_mv=К_Г ,(4.24)

где К_Г — коэффициент, который согласно 17, с. 344 принимаем К_Г=1.

n — показатель степени. Учитывая 17, с. 344 принимаем n =1.

_В — граница прочности при растяжении, МПа. Принимаем _В =1160 МПа [18, с. 285].

По формуле (4.3) K_mv=0,647.

K_uv— коэффициент, который учитывает влияние материала инструмента на скорость резания. Принимаем K_uv=1,15 17, с. 343.

K_v и K_rv — коэффициенты, которые учитывают влияние параметров резца на скорость резания. Согласно 17, с. 343 принимаем K_v =1,2; K_rv=1,0.

K_nv-коэффициент, который учитывает материал поверхности заготовки. Согласно 17, с. 345 принимаем K_nv=1,0.

По формуле (4.2) К_V=0.893.

Составляющая силы резания находится по формуле, кН

P_Z=10C_P t^x S^y Vⁿ K_p,(4.25)

где — C_P — постоянная для расчетных условий обработки. Учитывая [17, с. 343] х=1,0; в=0,75; n=0,15.

K_p — поправочный коэффициент

K_p=К_mp K_p K_p K_p K_rp, (4.26)

где К_mp — коэффициент который учитывает влияние обрабатываемого материала на силу резания. Согласно [17, с. 348]

К_mp= ,(4.27)

при n=0,75 и _В=1160 МПа.

Согласно формуле (4.6) К_mp= 1,39.

К_mp, K_p, K_p, K_p, K_rp — поправочные коэффициенты которые учитывают влияние геометрических параметров режущей части инструмента на составляющую силы резания P_Z. Учитывая рекомендации 17, с. 343 принимаем K_p=1,08; K_p=1,0; K_p=1,0; K_rp=1,0.

По формуле (4.5) К_Р=1,5.

Согласно формуле (4.4) P_Z=3,8 кН.

Мощность резания, кВт [17, с. 342]

(4.28)

Согласно формуле (4.7) N=15,05 кВт.

Техническая норма времени, мин [17, с. 341]

(4.29)

где t₀ — основное (машинное) время, мин.

Согласно [17, с. 341]

(4.30)

где l — длина обрабатываемой поверхности, мм.

l =57 мм;

в — величина врезания и выхода инструмента, мм. Согласно [17, с. 342]

в=в₁+в₂+в₃, (4.31)

где в₁ — величина врезания резца, мм.

(4.32)

где — главный угол резца в плане, град.

Принимаем согласно 17, с. 342 =30⁰.

Согласно зависимости в₁=1,73 мм.

в₂ — вход резца при обтягивании, мм Согласно 17, с. 346 в₂=2,5 мм.

в₃ — снятие пробной стружки, мм.

Согласно 17, с. 348 в₃=2,5 мм.

По формуле (4.31) в=6,73 мм.

n — количество оборотов детали, мин^-1.

Согласно [17, с. 345] следует из скорости резания; n=1093 мин^-1.

і - число ходов. Принимаем і=1.

Согласно формуле t₀=0,33 мин.

t_ВУ — вспомогательное время на снятие и установку детали, мин.

Согласно 17, с. 346 t_ВУ=1 мин.

t_ВП — вспомогательное время связанное с переходом, мин. Согласно 17, с. 346 t_ВП=0 мин.

t_орм — время обслуживания рабочего места, мин. Согласно 17, с. 346 t_орм=0,15 мин.

Т_пз — подготовительно — заключительное время, мин. Согласно 17, с. 346 Т_пз=8 мин.

Z — количество деталей в партии, шт.

Согласно [17, с. 346]

(4.33)

где N_Z — годовой объем выпуска, шт.

Принимаем N_Z=3000 шт.

n — количество дней запаса.

Принимаем 7 дней [17, с. 346].

D_P — количество рабочих дней в году, D_P=253 дня.

По формуле Z=276 шт.

Согласно формуле t_ШК=1,36 мин.

4.6 Наплавочная операция (050)

Наплавку производим проволокой ш 1,2 мм Нп — 30ХГСА по ГОСТ 10 543–82 под флюсом

1) Сила сварочного тока определяется из соотношения

J = 0.785 d²?Da (4.34)

где d — диаметр электродной проволоки в мм; принят d = 1,2 мм;

Da — плотность тока, А/мм²; согласно принято Da = 100 А/мм²

J = 0.785? 1,2²? 100 = 113 А;

U = 20…22В

2) Массу расплавленного металла определим по формуле [3]

(4.35)

где Ln-коэффициент наплавки, г/Ач;

согласно принимаем Ln=12 г/Ач г/мин

3) Скорость наплавки найдем по формуле

(4.35)

где V_np — скорость подачи проволоки, м/мин; согласно V_np-=2,5 м/мин;

Ккоэффициент перехода металла на наплавленную поверхность; согласно К=0.85;

aкоэффициент неполноты направляемого слоя; а=0,80 [1]

tтолщина наплавленного слоя, мм; t =22,5 мм;

Sподача наплавки, мм;

мм

м/мин

4) Определяем основное время где L — длина наплавки, мм; L=38,5 мм;

i — число переходов; примем i=1;

мин

4.7 Расчет токарной операции (нарезание резьбы 055)

1. Подача s с учетом того, что шаг резьбы у нас 2 мм примем равную s = 2 мм/об.

2. Скорость резания v при черновом резьбонарезании рассчитывают по эмпирической формуле Значения коэффициентов и показателей степени принимаем из таблицы, а общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий фактические условия резания где — коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала;

— коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;