Курсовая работа (т): Восстановление зубчатого колеса

Режим металлизации валов на токарных станках: окружная скорость вращения вращения вала 10…15 м/мин, подача пистолета 2…2,5 мм/об. Сила тока 90А, напряжение 35…40 В.

Толщина слоя, наносимого за один проход, составляет примерно 0,7…1,0 мм для валов диаметром до 100 мм. Чтобы получить нужные шероховатость и размеры, напыленный слой подвергают механической обработке, поэтому при металлизации предусматривают припуск на механическую обработку. Припуски на обработку: под обтачивание - 0,4…0,8 мм, под шлифование - 0,3…0,6 мм. Металлизированные валы обрабатывают на токарных станках при пониженных режимах резания (скорость резания 15…16 м/мин, глубина резания 0,1…0,5 мм, подача 0,1…0,5 мм/об) вследствие низкой прочности сцепления напыленного слоя с основным металлом. Обработку ведут твердосплавным инструментом.

Кроме токарной обработки, напыленный слой подвергают и другим видам механической обработки.

Восстановление изношенных деталей из цветных сплавов.

Для восстановления и ремонта изношенных поверхностей деталей рекомендуются разнообразные методы, один из них - восстановление деталей путем термодиффузионного насыщения.

Были проведены исследования по восстановлению изношенных бронзовых деталей шелкоткацкого производства различными составами: порошок цинка+хлористый аммоний NH₄Cl; порошок меди+хлористый аммоний; латунная стружка+хлористый аммоний; стружка ЦАМ-4+хлористый аммоний. В наибольшей степени удовлетворяют требованиям производства составы: цинк+хлористый аммоний; ЦАМ-4+хлористый аммоний.

Для экспериментальной проверки был подготовлен ряд смесей. В качестве диффундирующего компонента использовали цинковый порошок ПЦ-2 (ГОСТ 12601), сплав ЦАМ-4 (ГОСТ 21437) и наполнитель огнеупорная глина. Смеси получали простым смешиванием компонентов, представляющих собой порошки.

Образцы из медных сплавов помещали в контейнер. Соотношение массы деталей к массе шихты - не менее 1:2. Заполненный контейнер нагревали в печи до температуры 800°С, выдерживали 1 ч и охлаждали вместе с печью. После охлаждения детали подвергали очистке и шлифованию. Составы со сплавом ЦАМ-4 обладают более высокой активностью.

Использование состава 10% ЦАМ-4+1%NH₄Cl позволило повысить качество восстановления и снизить стоимость шихты. Получены качественные детали светло-желтого цвета при начальной твердости 55HB, конечной - 80…100HB.

Увеличение размеров через 1ч составило примерно 0,5 мм.

Восстановление деталей из алюминиевых сплавов.

Значительная часть деталей машин, особенно в автомобилестроении, изготавливается из алюминиевых сплавов. Характерными дефектами таких сплавов являются трещины, отколы и другие механические повреждения. Большинство механических повреждений в деталях из алюминиевых сплавов устраняются сваркой.

Алюминиевые сплавы имеют ряд специфических свойств, затрудняющих выполнение сварочных работ. Усложняет процесс сварки то, что алюминиевый сплав при нагреве не меняет своего цвета и даже в расплавленном состоянии остается серебристо-белым.

Алюминий и его сплавы относятся к трудносвариваемым материалам, способным быстро окисляться с образованием тугоплавких оксидных пленок, которые постоянно покрывают поверхность детали. Температура плавления плёнки Al₂O₃ составляет 2050°С, температура плавления алюминия 660°С. В процессе сварки алюминий и его сплавы расплавляются, а оксидная пленка остается нерасплавленной и препятствует сварке.

Для успешной сварки алюминиевых сплавов надо разрушать и удалять оксиды и защищать зону сварки от повторного окисления. Пленку Аl₂О₃ удаляют с помощью:

Скребков из стальной проволоки;

Флюсов, действующих как физические растворители оксидов Аl₂О₃ с образованием шлаков, всплывающих на поверхность расплавленной сварочной ванны;

Дуги обратной полярности, при которой движущиеся с большой скоростью положительные ионы газа (аргон, гелий) бомбардируют поверхность металла и разрушают оксидную пленку.

Другой проблемой сварки алюминия и его сплавов является пористость шва. Основной ее причиной следует считать присутствие водорода, а причиной насыщения металла шва водородом - влагу, адсорбированную оксидами Аl₂О₃ на поверхности сварочной проволоки и свариваемых кромок. Для снижения пористости в металле шва рекомендуются специальные приемы:

Перед сваркой с основного и присадочного материалов тщательно удалять оксидную пленку и смывать остатки продуктов травления (например, NaOH);

В процессе работы обеспечить надежную защиту зоны сварки от воздействия атмосферы;

Сокращать время пребывания на воздухе подготовленных к работе свариваемых кромок и присадочного материала;

Использовать предварительный подогрев (до 200…250°С) изделий перед сваркой. При этом удаляется влага с поверхности и увеличивается пребывание металла в жидком состоянии;

Ультразвуковые колебания в жидкий и кристаллизующийся металл сварочной ванны.

Газовую сварку осуществляют нейтральным ацетилено-кислородным пламенем с применением порошковых флюсов.

Ручную дуговую сварку осуществляют, как правило, металлическими электродами, стержни которых изготовляют из сварочной проволоки из алюминия и его сплавов с марганцем, магнием и кремнием.

Широко применяется дуговая сварка дуралюмина в среде аргона. Для расплавления основного металла и присадочной проволоки применяются неплавящиеся электроды из лантанированного вольфрама ВЛ-10 ВП-24-5-62 (с примесью 0,9…1,1% лантана) или торированные электроды ВТ-15ТУ ВП-2-529-527 (с содержанием 1,5…2% оксида тория) диаметром 1…5 мм. В качестве защитного газа используется чистый аргон марки А.

Место сварки подготавливают в зависимости от характера дефекта. Очистку деталей под сварку целесообразно проводить химическим способом. При многопроходной сварке перед наложением каждого последующего валика рекомендуется тщательно защищать поверхности шва и разделки проволочными щетками с протиранием их обезжиривающими жидкостями.

Поверхности деталей с толщиной стенок до 3 мм должны быть очищены от загрязнений на 25…30 мм по обе стороны трещины до металлического блеска без разделки фасок на кромках. У деталей с толщиной стенок 3…10 мм разделку фасок на кромках трещины выполняют с одной стороны, 10…20 мм - с двух сторон под углом 70…90°С с зачисткой поверхности в зоне трещины по обе стороны на 15…20 мм. Пробоину в стенке заделывают приваркой заплаты из листа марки АМЦ толщиной 1,5…2 мм. При этом края заплаты должны прилегать к стенке и перекрывать границы пробоины на 4…6 мм.

Для сварки деталей, изготовленных из сплавов алюминия, рекомендуются:

Предварительный подогрев восстанавливаемых деталей до температуры 250…300°С (для предотвращения коробления деталей из-за нагрева при сварке и восстановления трещин, более спокойной кристаллизации жидкого металла);

Последующий (после сварки) низкотемпературный отжиг при 300…350°С (для снятия внутренних напряжений и улучшения структуры сварочного шва);

Использование в качестве присадочного материала при аргонодуговой и газовой сварке сплава алюминия с 5…6%кремния. Присадочный материал должен быть однородным со свариваемым и может быть получен в результате переплавки соответствующих выбракованных деталей, изготовленных из сплавов алюминия (головок блоков, крышек и т.д.)

Сваркой алюминия и его сплавов в среде аргона ремонтные предприятия успешно восстанавливают картеры сцепления, блоки цилиндров с трещинами в полости клапанной коробки и в стенках рубашек охлаждения (с выходом на полость прилегания головки), головки цилиндров, крышки кожуха муфты сцепления двигателя. Накопленный опыт свидетельствует о целесообразности и эффективности применения аргонодуговой сварки для восстановления деталей из алюминиевых сплавов.

Применение полимерных материалов при ремонте.

Достоинства полимерных материалов - достаточная прочность, хорошая химическая стойкость, высокие антифрикционные свойства, износостойкость. Ремонт деталей с применением полимерных материалов не требует сложного оборудования и характеризуется незначительной трудоемкостью. К недостаткам относятся низкая тепловая стойкость отдельных материалов, недостаточная усталостная прочность.

На ремонтных предприятиях полимерные материалы применяют для заделки в деталях вмятин, трещин, пробоин, раковин, отколов, для восстановления размеров изношенной детали, для изготовления быстроизнашиваемых деталей или отдельных их частей. Различают термореактивные и термопластические полимерные материалы.

Термореактивные материалы (реактопласты) характеризуются тем, что при переходе под действием теплоты в пластичное состояние подвергаются необратимым процессам, т.е.их нельзя после отверждения снова расплавить для вторичного использования.

Термопластичные материалы (термопласты) характеризуются тем, что при повторном нагревании могут вновь подергаться формованию.

Из термопластов получили широкое распространение пластмассы на основе эпоксидных смол ЭД-16и ЭД-20. Эпоксидная смола - это вязкая жидкость светло-коричневого цвета. Путем введения в смолу отвердителя смола переходит в твердое и нерастворимое состояние. В качестве отвердителя широко применяют полиэтиленполиамин, представляющий собой вязкую маслянистую жидкость разных оттенков - от темно-бурого до светло-желтого.

С целью придания полученной смеси эластичности, вязкости и прочности вводят пластификаторы, из которых наиболее распространен дибутилфталат, представляющий собой маслянистую желтоватую жидкость. Для улучшения физико-механических свойств в композицию добавляют наполнители (железный порошок, графит, слюду, стеклоткань, тальк, асбест и др.).

Из термопластов в ремонтном производстве используют полиамидные смолы. Они хорошо показали себя в условиях трения скольжения после нанесения их на поверхность детали слоем толщиной до 0,6…0,7 мм различными способами (газопламенным, вихревым, вибрационным и др.). Из полиамидов типовкапролактам (капрон), АК-7 и П68 изготовляют методом литья под давлением подшипниковые втулки, втулки рессор, оси и другие детали. Полиамиды выпускаются в виде гранул.

Термореактивные пластмассы применяют для заделки вмятин, трещин, пор и раковин в тонкостенных деталях посадочных поверхностей под подшипники.

. Выбор рационального способа ремонта

Восстанавливаемая деталь (колесо зубчатое) изготовлена из стали марки 40Х, ГОСТ 4543-71, химический состав и механические свойства которой представлены в таблицах 2.1 и 2.2.

Таблица 2.1 - Химический состав стали марки 40Х

Таблица 2.2 Механические свойства стали марки 40Х

Твёрдость по Бриннелю, НВ     Предел прочности при растяжении, кгс/мм(МПа)Предел прочности при изгибе,

кгс/мм(МПа)Относительное удлинение,

%Относительное сужение,

Свариваемость в основном определяется содержанием углерода и легирующих элементов. С увеличением этих элементов свариваемость ухудшается, т. е. возрастает вероятность образования трещин в наплавленном металле и зоне термического влияния.

Свариваемость определяется по формуле:

где С - фактическое содержание углерода в стали, %;

Mn - фактическое содержание марганца в стали, %;

Cr - фактическое содержание хрома в стали, %;

V - фактическое содержание ванадия в стали, %;

Mo - фактическое содержание молибдена в стали, %;

Ni - фактическое содержание никеля в стали, %;

Cu - фактическое содержание меди в стали, %;

P - фактическое содержание фосфора в стали, %.

Сталь с содержанием углерода более 0,4% и С_э≥55% является трудносвариваемой.

3. Выбор типа производства

Серийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготавливаемых или ремонтируемых периодическими повторяющимися партиями и сравнительно большим объемом выпуска. В таком производстве используют высокопроизводительное оборудование, причем наряду с универсальным применяют специальное и специализированное. Широко используют переналаживаемые быстродействующие приспособления, универсальный и специальный режущий и измерительный инструмент, увеличивающие производительность.

4. Выбор метода восстановления

Выбор рационального способа является одним из основных вопросов при разработке технологического процесса восстановления детали. Выбор способа восстановления базируется при условии обеспечения наибольшей долговечности детали при наименьших затратах на восстановление. Для восстановления одной и той же детали обычно пригодны несколько способов, часто неравноценных по своим технико-экономическим показателям. Поэтому обоснование и выбор оптимального способа восстановления является важной и сложной задачей, которую следует решать комплексно с учетом технических, экономических и организационных вопросов.

Выбор способа восстановления изношенной детали проводится по трем основным критериям: применяемости; долговечности; технико-экономической эффективности.

На основании таблицы 5.4 [2] выбираем рациональный способ нанесения покрытий в зависимости от химического состава стали и вида термической обработки с учетом износа и толщины стенки в месте её восстановления (критерий применимости). Для стали 40Х, толщины стенки 4,7 мм, износу 0,94 мм выбираем вибродуговую наплавку.

Критерий долговечности численно определяется коэффициентом долговечности К_д ,который пропорционален сроку службы деталей в условиях С:

К_д=К_иК_вК_с ,

выносливости и сцепляемости покрытия с основой.

К_и , К_в , К_с выбираем на основании таблицы 5.3 [2] для механизированной вибродуговой наплавки К_и =1,0; К_в =0,62; К_с =1,0. Соответственно, К_д=0,62.

Окончательное обоснование и выбор рационального способа восстановления осуществляется на основе критерия технико-экономической эффективности:

где С_Н - стоимость новой детали; С_В - стоимость восстановления детали; К_Д - коэффициент долговечности восстановленной детали.

Если К_Д=0,62; С_Н=810 руб.; С_В=290 руб., то

Эффективность обеспечивается.

5. Назначение технологических баз

Существует ряд основных принципов базирования заготовок:

1. При высоких требованиях к точности обработки для базирования заготовок необходимо выбирать такую схему базирования, которая обеспечивает наименьшую погрешность.

. Для повышения точности деталей и собранных узлов необходимо применять принцип совмещения баз: совмещать базовую, измерительную и сборочные поверхности.

. Целесообразно соблюдать принцип постоянства базы. При перемене баз в ходе технологического процесса точность обработки снижается из-за погрешности взаимного расположения новых и применяемых ранее базовых поверхностей.

Для установки заготовок на первой операции технологического процесса используют необработанные поверхности, так называемые черные базовые поверхности. Как правило, эту черную базовую поверхность используют однократно, на первой установке, так как повторная установка на необработанную поверхность может привести к значительным погрешностям во взаимном положении обработанных при этих установках поверхностей. Выбранная черная базовая поверхность должна обеспечивать равномерное распределение припуска для дальнейшей обработке и наиболее точное взаимное положение обработанных и необработанных поверхностей у готовых деталей. На первых операциях технологического процесса обрабатывают основные базовые поверхности.

Технологические базы определены в таблице 6.1.

6. Проектирование технологического процесса обработки

Таблица 6.1 - Технологический процесс обработки.

7. Выбор состава технологического оборудования и оснастки

На основании технологического способа обработки выбирают тип металлорежущего станка (токарные, протяжные, зубострогальный, и т. п.). Технологическую оснастку и приспособления к металлорежущим станкам выбирают в зависимости от вида технологических операций на основе габаритных размеров детали, вида заготовок, характеристики материала заготовок, точности параметров и конструктивных характеристик обрабатываемых поверхностей, влияющих на конструкцию оснастки, технологических схем базирования и закрепления заготовок, характеристику оборудования.

В серийном производстве необходимо применять универсальные, револьверные станки, гидрокопировальные станки, полуавтоматы и станки с числовым программным управлением.

Таблица 7.1 - Состав технологического оборудования и оснастки

9. Выбор режущего инструмента и средств технологического контроля

Режущий инструмент, задействованный в технологическом процессе, должен быть переналаживаемым и обеспечивать заданный выпуск деталей. Режущий инструмент выбирается в зависимости от марки обрабатываемого материала.

Таблица 9.1 - Режущий инструмент

Измерительный инструмент выбирается в зависимости от точности измеряемого размера, от размера измеряемой поверхности.

Таблица 9.2 - Измерительный инструмент

9. Назначение межпереходных припусков

Припуском на обработку называется слой материала, удаляемый с поверхности заготовки в процессе ее обработки для обеспечения заданного качества детали.

Припуск назначают для компенсации погрешностей, возникших в процессе предшествующего и выполняемого переходов технологического процесса изготовления детали. Величину припуска для элементарной поверхности детали назначают по соответствующим справочным таблицам (ГОСТам, РТМ и т. п.).

Производим расчет припусков фрезерования зубьев по следующим формулам

А_min=А+Z_{предыдущ}; А_max=А_min+Т,

где А - номинальный размер детали на данном переходе, мм;

А_min- наименьший размер на данном переходе, мм;

А_max- наибольший размер на данном переходе, мм;

Т - допуск на операцию;

Z_{предыдущ}- припуск, мм.

Получаем А_min=4,691+0,2=4,891 мм;

А_max=4,891+0,011=4,902 мм.

Рассчитаем припуски для наплавки зубьев по следующим формулам

А_min=А-И+А_напл; А_max=А_min+Т,

где А - номинальный размер детали на данном переходе, мм;

А_min- наименьший размер на данном переходе, мм;

А_max- наибольший размер на данном переходе, мм;

Т - допуск на операцию;

И - износ, мм;

А_напл - толщина покрытия, мм.

Получаем А_min=4,7-0,94+2,64=6,4 мм;

А_max=6,4+0,67=7,07 мм.

Данные по определению припусков, допусков и предельных размеров сводим в таблицу 9.1.

Таблица 9.1 - Припуски, допуски, предельные размеры.

10. Назначение (расчет) режимов восстановления детали

Определим толщину покрытия при наплавке зубьев по формуле

А_покр=И+Z,

где И - износ детали, мм;

Z - припуск на механическую обработку (Z=Z_{зубофрез}+Z_{зубошлиф});

И=20%S,

где S - ширина зуба, мм.

S=

И=0,2*4,7=0,94 мм

Следовательно, А_покр=0,94+1,5+0,2=2,64 мм.

Марка проволоки: проволока наплавочная Нп - 30ХГСА (от 0,27 до 0,35%С; от 0,8 до 1,1%Мn; от 0,9 до 1,2%Si; от 0,8 до 1,1%Cr; 0,4%Ni) ГОСТ 10543-82.

Основными технологическими параметрами процесса дуговой наплавки являются: диаметр электрода, ток, напряжение и скорость наплавки и подачи электродов.

Сила тока при наплавке I_н (А) может быть определена в зависимости от диаметра электрода (проволоки) и допустимой плотности тока в электроде:

где d_э - диаметр электрода (проволоки), мм; j - допустимая плотность тока, А/мм².

Допустимая плотность тока j зависит от диаметра электрода или проволоки j=100 А/мм² по таблице 5.13 [2].

Для механизированной наплавки выбираем напряжение дуги U_н=40В.

В зависимости от величины износа детали выбираем диаметр электрода d_э=2 мм.

Скорость подачи электродной проволоки определяется по формуле

где - коэффициент расплавления, г/А*с;

I_n - ток наплавки, А;

d_э - диаметр электродной проволоки, см;

- плотность металла электродной проволоки, г/см³.

Коэффициент расплавления определяем по формуле

Скорость наплавки

Где v_эл - скорость подачи проволоки, м/с (м/ч);

F_эл - площадь поперечного сечения электродной проволоки, мм²;

F_НП - площадь наплавленного валика, мм².

Площадь наплавленного валика

где- заданная толщина наплавленного слоя, мм;

S - ширина валика, мм;

А - коэффициент, учитывающий отклонение фактической площади сечения наплавленного слоя от площади прямоугольника, а=0,6.

Ширина валика S=(3…4)d_э=3*2=6 мм.

11. Назначение (расчет) режимов резания

Определим режимы резания для операции 005 Токарная.

Глубина резания

где D - диаметр обрабатываемой поверхности после растачивания, мм;

d - диаметр поверхности до растачивания, мм.

Назначаем подачу [4]. S₀=0,3 мм/об.

Корректируем по паспорту станка модели 16К20 S₀=0,3 мм/об.

По карте Т-4 [4] V=105м/мин. Принимаем коэффициенты

деталь ремонт колесо обработка

К₁=0,9; К₂=1; К₃=0,85.V=105*0,9*1*0,85=80м/мин.

Определяем частоту вращения шпинделя

Корректируем частоту по паспортным данным станка n=400об/мин.

Фактическая скорость резания

Таблица 11.1 - Режимы резания

12. Нормирование технологического процесса

После определения содержания операций, выбора оборудования, инструментов и расчета режимов резания определяются нормы времени в следующей последовательности:

а) на основании рассчитанных режимов оборудования по каждому переходу вычисляется основное (технологическое время) Т₀, мин;

б) по содержанию каждого перехода устанавливается необходимый комплекс приемов вспомогательной работы и определяется вспомогательное время Т_{в, мин};

в) устанавливается время на обслуживание рабочего места, отдых и личные надобности, Т_обсл, мин и Т_отд, мин;

г) определяется норма штучного времени Т_шт, мин.

Расчет норм времени на операцию 005 Токарная

. Основное время рассчитывается по формуле

Где L=l+l₁,

Где l - длина обрабатываемой поверхности, мм (l=55 мм);

l₁ - величина врезания и перебега инструмента, мм (l₁=10 мм);

n - частота вращения шпинделя, об/мин;

S - подача, мм/об.

. Вспомогательное время на установку и снятие детали t_уст=0,26 мин.

Вспомогательное время, связанное с переходом t_пер=2,1 мин.

Вспомогательное время на контрольные измерения t_изм=0,14 мин.

Вспомогательное время складывается из t_уст, t_пер, t_изм:

Т_всп=0,26+2,1+0,14=2,5 мин.

. Определение времени на обслуживание рабочего места

Т_обс=5,5%Т₀=0,03 мин.

. Определение времени на отдых

Т_отд=4%Т₀=0,022 мин.

. Определение нормы штучного времени

. Определение подготовительно-заключительного времени

Т_п.з=21 мин.

Таблица 12.1 Нормирование технологического процесса

Список литературы

1. Балабанов А.Н. Краткий справочник технолога-машиностроителя. - М.: Издательство стандартов, 1992. - 464 с.

. Богодухов С.И., Гребенюк В.Ф., Проскурин А.Д. Обработка упрочненных поверхностей в машиностроении и ремонтном производстве: Учебное пособие. М.: Машиностроение, 2005. 256 с.

. Горбацевич А.Ф. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: учеб. Пособие для вузов / А.Ф. Горбацевич, В.А. Шкред. - 4-е изд., перераб. И доп. - Минск: Вышэйш. шк., 1983. - 256 с.

. Локтев А.Д. Общемашиностроительные нормативы, режимы резания: справочник/А.Д. Локтев, И.Ф. Гущин, Б.Н. Балашов - М.: Машиностроение, 1991. - 639 с.

. Справочник технолога-машиностроителя: в 2 т. - Т1 / под ред. А.М. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова, А.Г. Суслова. - М.: Машиностроение, 2001. - 912 с.

. Технологическая часть дипломных проектов в ремонтно-восстановительном производстве: методические указания/ С.И. Богодухов, А.Д. Проскурин, Б.М. Шейнин. - Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2008. - 85 с.

. Общемашиностроительные нормативы вспомогательного времени на обслуживание рабочего места и подготовительно-заключительного для технического нормирования станочных работ. Серийное производство. - Изд. 2-е. - М.: Машиностроение, 1974. - 421 с.