Введение к работе
Актуальность работы: В технике, в частности коробках переключения скоростей автомобилей, широко распространены детали кольцеобразной формы из латуней и бронз, выполняющие функции синхронизаторов скоростей, втулок и т.п. Основной причиной выхода из строя этих деталей является потеря работоспособности в результате износа. Использование сварки, наплавки, металлизации для восстановления данной группы деталей затруднено, поскольку приводит к появлению остаточных напряжений в месте присоединения детали и наносимого слоя, выгоранию цинка и ухудшению эксплуатационных свойств. Детали данной группы практически не восстанавливаются перечисленными выше способами.
Один из перспективных способов реновации деталей данной группы - пластическая деформация (ПД). При этом в процессе реновации горячей ПД, помимо достижения утилитарных целей, таких как восстановление формы и размеров изношенной поверхности, возможно получение требуемой микроструктуры металла восстанавливаемой детали, позво-ляющсй увеличить ее ресурс практически вдвое.
Однако, описанная выше группа деталей на данный момент времепи ПД не восстанавливается, так как детали имеют сложную форму, а существующие способы реновации ПД позволяют восстанавливать детали только простой конфигурации. Поэтому для реновации деталей данной группы актуально разработать новые способы восстановления созданием направленных потоков металла с направлении язношенной поверхности в процессе локальной ПД. .
Цель работы: Разработка научно обоснованных способов восстановления деталей кольцеобразной формы ПД.
Для реализации этой цели решались следующие задачи: 1. Исследование влияния величины и направления шероховатости гравюры штампа на течение металла при ПД;
-
Разработка методов управления контактными условиями дли создания потоков направленного течения металла при ПД;
-
Исследование влияния формы инструмента на направленное течение металла при ПД;
-
Разработка математической модели расчета энергосиловых параметров процесса восстановления;
5. Разработка САПР инструмента для процесса восстановления деталей кольцеобразной
формы ПД;
-
Разработка технологической документации для восстановления кольцевых деталей ПД;
-
Оценка технико-экономической эффективности восстановления деталей ПД.
Методы исследования. Экспериментальную часть работы проводили на свинцовых образцах. Возможность замены материала образцов при проведении исследований объясняется следующими фактами: латунь ЛМцСКА 58-2-2-1-1 имеет двухфазную (а+Р) структуру с большим содержанием свинца (Pb=l,5%). Свинец практически не растворим в меди в твердом состоянии. Он образует с ней легкоплавкую эвтектику, по составу почти совпадающую с чистым свинцом (99,96 % РЬ), выделяющуюся по границам зерен. Поэтому, контакт латуни ЛМцСКА 58-2-2-1-1 со штампом идет в основном по свинцовой пленке.
Исследование осуществляли по трем направлениям: а) исследовали формоизменение образцов при осадке в условиях анизотропии трения на контактных поверхностях заданной шероховатостью; б) определяли коэффициент ірения методом осадки кольцевых образцов на бойках, контактная поверхность которых обработана различными режущими инструментами; в) исследовали потоки течения металла при внедрении в кольцевые образцы штампов с деформирующими элементами (ДЭ) различного поперечного сечения.
Численное моделирование течения металла в процессе восстановления осуществляли методом конечных элементов с помощью программы «Рапид». Компьютерное моделирование использовали для исследования влияния геометрической формы инструмента на течение металла в штампе.
Проведение факторного эксперимента осуществляли с целью получения уравнений регрессии, связывающих размеры очага ПД с геометрическими параметрами ДЭ штампа.
Теоретическое исследование энергосиловых параметров процесса восстановления производили энергетическим и инженерным методами.
Проверку адекватности полученных уравнений регрессии и формул, описывающих энергосиловые параметры процесса восстановления, производили сравнением расчетных и экспериментальных данных.
Научная новизна работы:
обоснованы условия трения для регулирования потоков металла в процессе реновации, установлено, что эффективное торможение ПД создается при нанесении на гравюре штампа шероховатости, направленной перпендикулярно течению металла в интервале значений среднего арифметического отклонения профиля 2 й Ra < 6 мкм (полученной точением) без применения смазки;
определена рациональная форма поперечного сечения внедряемого штампа, представляющая собой односторонний клин, позволяющая перемещать металл в заданном направлении при восстановлении деталей кольцеобразной формы;
получены уравнения регрессии для определения размеров очага ПД при восстановлении кольцевых деталей обработкой давлением в зависимости от геометрических характеристик гравюры штампа;
разработаны способы восстановления ресурса кольцевых деталей, заключающиеся в создании зон затрудненной деформации в направлении неизношеиных конструктивных элементов детали и внедрении ДЭ штампа, перемещающего металл в сторону изношенной поверхности.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
разработаны конструкции штампов для восстановления деталей кольцеобразной формы изношенных по внутренней или наружной образующей поверхности, заявка на патент № 99111910/02 (012227) от 15.06.99;
создана САПР расчета формы и размеров рабочих элементов штампа и энергосиловых параметров процесса восстановления кольцеобразных деталей.
Новую технологию планируется внедрить в фирмах «КамАЗ техобслуживание», «Агрегат-сервис», «РМД» с ожидаемым экономическим эффектом от восстановления одной детали порядка 350 рублей в ценах января 2000 года.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на шести Международных, Всероссийских и региональных конференциях.
Публикации. Основные результаты опубликованы в десяти научных трудах, которые включены в список литературы.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложения, занимает 202 страницы и включает 53 рисунка, 10 таблиц, список литературы содержит 161 источник.