Содержание к диссертации
Введение 9
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРХА О КАЧЕСТВЕ РАБОЧЕГО СЛОЯ ЦЕМЕНТИРОВАННЫХ ЗАКАЛЕННЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС 2.
1.1. Общие сведения о качестве поверхностного слоя цементированных закаленных зубчатых колес судовых дизелей
1.2. Обоснование метода уцрочнения тяжелонагружен ных зубчатых колес цементацией и закалкой
1.3. Анализ дефектов поверхностного слоя цементированных закаленных зубчатых колес 9
1.4 Влияние технологических факторов на качество рабочего слоя и надежность зубчатых передач 32,
Х.5. Задачи исследования ЪЬ
2. АНАЛИЗ НАБЛВДЕНИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС И РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ ГЛАВНЫХ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ 0
2.1. Изучение производственного брака цементированных закаленных зубчатых колес судовых дизелей Щ
2.2. Исследование эксплуатационных отказов тяжело нагруженных зубчатых передач Щ
2.3. Влияние структуры технологического процесса на качество рабочего слоя зубчатых колес ЪЪ
Выводы 55
3. РАСЧЕТНО-АНАЛИТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИПУСКА ПРИ ЗУБ0ІШШФОВАНИИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ЦЕМЕНТИРОВАННЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС 5"?
3.1. Минимальный и максимальный припуски при зубошлифовании крупногабаритно цементировании зубчатых колес 5S
3.3. Уменьшение
3.2. Изучение составляющих минимального црипуска при зубошшфовании на основании экспериментальных работ 61
Уменьшение влияния погрешности зубофрезеро-вания на максимальный црицуск цри зубошлифо вании 6Н
3.4. Исследование деформации крупногабаритных зубчатых колес после цементации и термооб работки
Разработка методики уменьшения деформации зубчатых колес термической обработке
3.6. Производственные экспериментальные исследования термической обработки 90
3.7. Уменьшение деформации зубчатого венца при токарной обработке профиля диска 91
3.8. Зависимость црипуска при зубошшфовании от глубины цементации 97
Выводы
ПОВШЕНИЕ КАЧЕСТВА РАБОЧЕГО СЛОЯ ЦЕМЕНТИРОВАННЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС ПРИ ЗУШШИОВАНИИ
4.1. Производственные экспериментальные исследования зубошлифования №
4.2. Изучение изменения свойств поверхностного слоя цри шлифовании методом микротвердости и металлографией №9
4.3. Видимые црижоги цри зубошшфовании й5
4.4. Анализ нацряженного состояния поверхностного слоя цементированных закаленных зубьев после
Выводы
ВЫВОДЫ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 150
Литература 452
Приложение
Введение к работе
ХХУ1 съезд КПСС поставил перед машиностроением ряд задач по улучшению качества выцускаеиых двигателей, повышению юс технического уровня, цроизводительности изготовления деталей и сборки, надежности и экономичности. В решениях ноябрьского (1982 г.), декабрьского (1983 г.) Пленумов отмечена необходимость ускорения научно-технического широкого и быстрого внедрения в производство достижений науки, техники и передового опыта.
Энергетический потенциал страны в значительной мере оцределяется мощностью дизельного парка, насчитывающего более 90 млн. кВт (120 млн. д.с.) или около 40% установленной мощности всех электростанций страны. Планами на 1981-85 гг. предусмотрено увеличение ресурса серийно выпускаемых дизедь-редукторных установок, в среднем, в 1,5 раза, что может быть достигнуто за счет совершенствования технологии производства, применения нового оборудования, разработки и внедрения комплексных систем уцравления качеством продукции. В связи с этим актуальными следует считать исследования, направленные на повышение качества, увеличение ресурса и цроизводительности изготовления деталей дизелей.
Для судостроительной отрасли повышение ресурса судовых дизелей также представляется особо актуальным. Известно, что дизель редукторные главные энергетические установки используются на 95 судов морского, речного и рыбоцромыслового флотов страны.
Зубчатые передачи находят широкое применение в народном хозяйстве. Так, в отрасли транспортного и сельскохозяйственного машиностроения изготавливается около 50 млн. шестерен в год, в том числе цилиндрических шестерен около 44 млн.
Характерная для судового машиностроения тенденция к снижению веса и габаритов двигателей приводит к широкому применению зубчатых колес с рабочими поверхностями, упрочненными путем цементации или азотирования. Упрочнение цементацией используется для тяжедонагруженных зубчатых передач судовых дизелей, работающих в условиях повышенных контактных и изгибных нагрузок. Наиболее обоснован метод упрочнения цементацией на глубину I, 2 .. ... 1,5 мм с последующей закалкой. Азотирование используется для зубчатых колес, испытывающих высокие циклические нагрузки от изгиба при умеренных контактных напряжениях. Для главных судовых дизелей применяются крупногабаритные цементированные закаленные зубчатые колеса с модулем до 6 ... в ми и наружным диаметром до 1200 мм, материал, конструкция и технология изготовления которых обеспечивают Bысоку несущую способность зубьев при эксплуатации.
Технологический цроцесс изготовления цементированных закаленных зубчатых колес тяжелонагруженных судовых редукторов включает после зубофрезерования комплекс операций химико-термической и термической обработок: цементация, двух- трехкратный высокий отцуск, нагрев под закалку и закалка в масле, обработка холодом, низкий отпуск. После термической обработки заготовки поступают на окончательную механическую обработку. Для облегчения конструкции зубчатых колес со ступицей обтачиваются на токарном станке стороны профиля диска. На заключительном этапе технологи ческого цроцесса заготовки поступают на зубошлифование, которое состоит из предварительного и окончательного. Между этими операциями для уменьшения остаточнык напряжений цроводится низкий отпуск при температуре 170+10°С в течение 4...6 часов.
Таким образом, цементированные закаленные зубчатые колеса судовых дизелей характеризуются сложным технологическим процессом изготовления. Выполненный в работе анализ опыта изготовления и эксплуатации передач с цементированными закаленными зубчатыми колесами показывает, что производственный брак в виде микротрещин и шлифовочных црижогов и отказы по причине выкрашивания и поломок зубьев являются результатом несовершенства технологического процесса и недостаточности методов контроля качества материала.
Высокая усталостная прочность зубчатых колес достигается получением качественного диффузионного слоя после цементации и термообработки и сохранением его при зубошлифовании. В процессе шлифования выделяется большое количество теплоты, основная часть которой воспринимается обрабатываемой заготовкой и вызывает структурные изменения цементованного слоя. Наличие на рабочей поверхности зубьев структурной неоднородности, а также остаточных напряжений растяжения и пониженной твердости снижает долговечность зубчатых передач. К дефектам упрочненного слоя относятся также микротрещины. Поэтому вопросы формирования свойств рабочего слоя, оказывающего решающее влияние на эксплуатационные свойства зубчатых колес судовых дизелей, требуют дальнейшего изучения.
Для обеспечения высокого качества при зубошлифовании существенное технико-экономическое значение имеет определение прицусков и режимов обработки. При этом необходимо учитывать дополнительное условие, присущее шлифованию цементированной стали, согласно которому удаляемый црипуск должен составлять лишь допустимую часть толщины слоя цементации. Статистические исследования припуска и назначение минимальной глубины удаляемого цементованного слоя, а также разработку оптимальных режимов зубошлифования следует считать актуальными проблемами повышения качества зубьев, производительности изготовления зубчатых колес, а также увеличения ресурса судовых редукторов.
Настоящая диссертационная работа выполнена на кафедре "Технология судового машиностроения" в Ленинградском ордена Ленина кораблестроительном институте. Экспериментальные исследования цроведены в лабораториях кафедры и в металлографической лаборатории Ленинградского научно-исследовательского института химического и нефтяного машиностроения (ЛенНИИХиммаш), натурные эксперименты, исследования и внедрение основных результатов работы выполнены на ленинградских дизелестроительных заводах "Русский дизель", "Звезда" им.К.Е.Ворошилова.
Работа выполнялась совместно с ПО "Звезда" им,К.Е.Ворошилова согласно Постановления Государственного комитета СССР по науке и технике и Госплана СССР "Создать и освоить производство новых типов двигателей внутреннего сгорания с улучшенной топливной экономичностью и увеличенными ресурсами работы" от 29 декабря I98I года № 515/271 0.13.07.
В соответствии с отмеченной ранее актуальностью работы, большими резервами увеличения ресурса тяжелонагруженных зубчатых передач судовых дизелей обладает их технология производства. Совершенствование технологического процесса изготовления позволит обеспечить высокую точность обработки с одновременным увеличением производительности и значительно повысить качество рабочего слоя зубьев цементированных закаленных зубчатых колес.
Целью настоящей диссертационной работы является повышение качества рабочего слоя цементированных закаленных зубчатых колес судовых дизелей путем совершенствования технологического цроцесса изготовления, рационального назначения припусков и режимов зубошлифования.
В работе использованы теоретический и экспериментальный методы исследоания.. При анализе производственных погрешностей использованы методы математической статистики. Аналитическое исследование деформаций зубчатого венца крупногабаритных колес цри цементации, высоком отпуске и закалке выполнено на базе метода конечных элементов с учетом геометрической нелинейности. Для оценки качества рабочего слоя цементированных закаленных зубьев использован комплекс методов исследования, включающий микроскопический анализ, изучение расцределения микротвердости по глубине износостойкого слоя, определение остаточных нацряжений в поверхностном слое рентгеновским и механическим методами с применением ЭЦВМ. Выполнялись производственные наблюдения цроцесса изготовления зубчатых колес, а также натурные опытные работы в реальных условиях на цеховом оборудовании.
Научная новизна работы заключается в результатах анализа причин производственного брака цри изготовлении и отказов при эксплуатации тяжелонагруженных зубчатых передач судовых дизелей; в расчетно-аналитическом и экспериментальном исследовании припуска цри зубошлифовании с условием сохранения износостойкого цементованного слоя; в установлении закономерностей изменения свойств поверхностного слоя зубьев цри шлифовании; в рациональном цроведении предварительного црофильного зубошлифования.
Практическая ценнось.. Настоящая диссертация является экспериментальной работой, нацравленной на решение актуальной научной и цроизводственной цроблемы - повышения качества и эффективности изготовления тяжелонагруженных зубчатых передач судовых дизелей с целью повышения их долговечности и безотказности.
Разработаны рекомендации по уменьшению припуска при зубо-шлифовании за счет повышения точности зубофрезерования, а также уменьшения деформаций зубчатого венца цри цементации, термообработке и при токарной обточке сторон профиля диска. Предложена методика аналитического исследования деформированного состояния заготовок крупногабаритных зубчатых колес в процессе термообработки. Разработаны и внедрены технологические подставки с кольцевым опорным выступом оптимального диаметра для установки заготовок зубчатых колес при проведении цементации, высокого отпуска и закалки. Внедрение рациональных режимов предварительного црофильного зубошлифования повысило производительность операции на 40% и улучшило качество рабочего слоя за счет уменьшения глубины микрослоя отпуска до 40...60 мкм. На основании экспериментально-исследовательских работ в ПО "Звезда" им.К,Е.Ворошилова по карте опыта 3/82 внедрен в производство новый технологический процесс и маршрутный технологический паспорт изготовления крупногабаритных зубчатых колес судовых редукторов. Разработана методика автоматизированного расчета распределения микротвердости в поверхностном слое закаленных деталей, внедренная в металлографической лаборатории и в вычислительном центре ЛенНИИХиммаша.
На защиту автором выносятся следующие основные положеияя: результаты расчетно-аналитического и экспериментального исследования припуска при зубошлифовании крупногабаритных зубчатых колес,: способы уменьшения и стабилизации припуска цри зубошлифовании путем уменьшения деформаций зубчатого венца цри цементации, термообработке, в процессе токарной обточки сторон проф1ля диска и повьшения точности зубофрезерования; результаты исследования влияния операции зубошлифования на состояние закаленного рабочего поверхностного слоя; способы повышения качества рабочего слоя зубьев и снижение трудоемкости зубошлифования путем рационального цроведения операций предварительного црофильного шлифования, устранения црижогов и минимизации дефектного слоя отцуска при окончательном шлифовании.
Основные результаты диссертационной работы доложены и одобрены на научно-технических конференциях Ленинградского кораблестроительного инстиоута (февраль 1982 г., февраль 1984 г.); Республиканской научно-технической конференции (г.Махачкала, июнь I98I г.); на научно-техническом семинаре "Прогрессивная технологом абразивной обработки и абразивный инструмент" в ДЦНШ (г.Ленинград, ферваль 1983 г.); на научно-техническом семинаре "Прогресс технологии судового машиностроения в XI пятилетке" ЦП НТО им.акад.А.Н.Крылова (г.Ленинград, ИЮНЕ 1983 г.); на Всесоюзной научно-технической конференции (г.Севастополь, октябрь 1983 г.).
Основное содержание диссертации изложено в пяти статьях, в двух отчетах по научно-исследовательской работе и в трех сборниках тезисов докладов, опубликованных в изданиях по перечню, утвержденному ВАК СССР.
Основные результаты работы внедрены в ПО "Звезда" им.К.Е.Во-рошилова. Подтвержденный экономический эффект от внедрения результатов работы составил 40,060 тыс.рублей в год.
