Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследований 11
1.1 Анализ отказов сельскохозяйственной техники, мероприятий и средств по их ремонту и восстановлению 11
1.2 Анализ работ по исследованию этапов технологических процессов восстановления деталей 15
1.2.1 Влияние параметров качества обработки металла резанием на эксплуатационные свойства восстанавливаемых деталей 32
1.3 Краткий обзор конструкций технологической оснастки для обработки наплавленных деталей методом термоупругопластического деформирования 37
1.3.1 Теплоизолирующие зажимные кулачки токарного патрона для резания с нагревом поверхности деталей 37
1.3.2 Конструкции, применяемые для нагрева поверхности деталей при ТУПД 38
1.4 Выводы по главе 40
1.5 Цель и задачи исследования 41
2. Теоретическое обоснование параметров и режимов обработки деталей термоупругопластическим деформированием 43
2.1 Математическая модель определения усилия пластического деформирования наплавленных поверхностей деталей с нагревом для обеспечения заданных физико-механических свойств 43
2.2 Исследование технологических параметров обработки наплавленного металла с нагревом 56
2.2.1 Установление основных закономерностей изменения шероховатости поверхностей деталей при резании и накатывании 56
2.2.2 Определение рациональных температурных режимов резания и стойкости режущего инструмента 61
2.3 Методика расчета тепловых потерь нагретых металлических деталей на заданную глубину резания 63
2.4 Методика выбора рациональных режимов обработки наплавленного металла пластическим деформированием нагретых поверхностей с учетом технических требований к восстанавливаемым деталям 68
2.4.1 Модель определения шероховатости в зависимости от температуры и скорости обработки поверхности восстанавливаемых деталей 69
2.4.2 Определение остаточных напряжений в поверхностном слое наплавленных деталей, восстановленных методом термопластического деформирования 69
2.5 Выводы 73
3. Методика и результаты экспериментальных исследований 75
3.1 Планирование экспериментов. Объект исследований 75
3.1.1 Цель, задачи экспериментальных исследований 75
3.2 Исследование режимов обработки наплавленного слоя с определением усилий резания и стойкости инструмента 79
3.3 Исследование параметров шероховатости обработанных пластическим деформированием поверхностей восстанавливаемых деталей 87
3.4 Результаты исследований физико-механических свойств обработанных термопластическим деформированием поверхностей деталей 104
3.5 Исследование микротвердости обработанных поверхностей резанием с нагревом наплавленных деталей 106
3.6 Результаты исследований напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя наплавленных деталей 110
3.7 Исследование микроструктуры металла при обработке поверхностного слоя наплавленных деталей с нагревом 117
3.8 Выводы 119
Глава 4. Практическая реализация и эффективность внедрения технологии упрочнения деталей с.х. техники термоупругопластическим деформированием 122
4.1. Способ упрочняющего термопластического деформирования наплавленных поверхностей восстанавливаемых деталей 122
4.2. Технология обработки деталей резанием с последующим термопластическим деформированием поверхностей 127
4.3. Разработка технологии восстановления деталей различного назначения термодинамическим методом 134
4.4. Эффективность применения термодинамического метода упрочнения и восстановления деталей в ремонтном производстве 136
4.5 Выводы 148
Общие выводы 150
Библиографический список 155
Приложения 170
- Анализ отказов сельскохозяйственной техники, мероприятий и средств по их ремонту и восстановлению
- Методика расчета тепловых потерь нагретых металлических деталей на заданную глубину резания
- Исследование параметров шероховатости обработанных пластическим деформированием поверхностей восстанавливаемых деталей
- Эффективность применения термодинамического метода упрочнения и восстановления деталей в ремонтном производстве
Введение к работе
Актуальность Одной из важнейших задач современного этапа развития отечественного ремонтного производства и машиностроения является существенное повышение качества, надежности и долговечности сборочных единиц, деталей, узлов и механизмов. Для повышения долговечности машин решающее значение имеет упрочнение поверхностей деталей в процессе их изготовления и ремонта.
Установлено, что в общем объеме 70...75% деталей имеют форму тел вращения, для восстановления которых в настоящее время применяются различные виды наплавки металла с последующим, как правило, холодным резанием.
Однако холодное резание наплавленного металла характеризуется большими затратами и значительными сроками восстановления деталей из-за применения многочисленного оборудования, технологической оснастки и инструмента. Это снижает количество ремонтов сельскохозяйственной техники в условиях ремонтных мастерских сельскохозяйственных предприятий. Поэтому возникает необходимость в применении технологий, резко сокращающих сроки восстановления деталей без снижения их ресурса.
В условиях современного сельскохозяйственного производства разработка и внедрение новых методов обработки наплавленного металла с приданием ему заданных свойств при наименьших затратах является актуальной задачей, которая до настоящего времени не нашла окончательного решения.
Одно из направлений решения задачи заключается в восстановлении деталей тел вращения, их критических быстроизнашиваемых поверхностей наплавкой с последующим резанием и упрочнением в горячем состоянии, управляя параметрами качества наплавленного металла, с исключением термической обработки наплавленного слоя.
Цель работы повышение качества восстановленных цилиндрических деталей и эффективности ремонта сельскохозяйственной техники в мастерских АПК, путем оптимизации параметров и режимов процесса термоупругопластического деформирования (ТУПД) обрабатываемых поверхностей.
Объектом исследования являются изношенные детали сельскохозяйственной техники, имеющие форму тел вращения, и технологические процессы ТУПД.
Предмет исследования закономерности изменения физико-механических свойств поверхностей наплавленных деталей сельскохозяйственной техники при ТУПД.
Задачи исследования 1. Разработать математическую модель определения усилия пластического деформирования наплавленных поверхностей деталей с нагревом для обеспечения заданных (установленных) физико-механических свойств.
2. Установить закономерности процесса точения нагретых до температуры ра
зупрочнения наплавленных заготовок из сталей.
-
Выполнить экспериментальные исследования резания с нагревом и ТУПД с определением рациональных параметров и режимов нагрева и накатывания восстанавливаемых деталей.
-
Разработать технологическую оснастку для реализации комплексного метода резания металлов с нагревом и термопластическим деформированием обрабатываемых поверхностей деталей.
5. Провести технико-экономический анализ внедрения ресурсосберегающей технологии восстановления и упрочнения деталей поверхностно-пластическим деформированием при ремонте с.х. техники.
Научная новизна результатов диссертации заключается в следующем:
-
Установлены закономерности изменения физико-механических свойств поверхностей наплавленных деталей сельскохозяйственной техники при ТУПД.
-
На основе установленных закономерностей обработки наплавленных металлоизделий получены математические зависимости в виде полиноминальных моделей, отражающих влияние режимов нагрева, резания и накатывания на производительность обработки, показатели качества (шероховатость и точность) восстановленных поверхностей деталей и стойкость инструмента.
-
Разработана методика выбора рациональных режимов обработки наплавленного металла деталей ТУПД путем ускоренного формирования упрочненной поверхности, учитывающая конкретные условия производства и конфигурацию восстанавливаемых деталей при ремонте сельскохозяйственной техники. Установлены закономерности влияния технологических параметров процесса на формирование упрочненного слоя металла при ТУПД.
Практическая значимость:
1. На основе применения принципов сформированного методического
обеспечения разработан метод ТУПД деталей из конструкционных сталей и
технологическая оснастка в составе спаренного с режущим инструментом
роликового накатника и теплоизолированных кулачков токарного патрона.
2. В совокупности полученные результаты позволяют интенсифицировать
процессы совмещенного резания горячего металла и пластической деформации
нагретой поверхности деталей, исключая термическую обработку наплавленного
слоя.
3. Разработаны рекомендации по внедрению ресурсосберегающей технологии
обработки деталей методом ТУПД в практику ремонта техники в ремонтных мас
терских АПК.
Пути реализации работы. Результаты исследований могут быть использованы на ремонтно-технических, сельскохозяйственных, промышленных и дорожностроительных предприятиях, эксплуатирующих технику, а также на заводах-изготовителях деталей, применяющих токарное оборудование.
Внедрение результатов исследований. Результаты работы внедрены в: ООО сельскохозяйственное предприятие им. М. Горького Труновского района Ставропольского края, 000 сельскохозяйственное предприятие Чапаевское Шпаковского района Ставропольского края, ОАО «Литейно-механический завод» ( г.Балашиха), Научно-производственное предприятие «ГИПЕРОН» г. Дмитров Московской области, в учебный процесс ФГОУ«Военно-технический университет» г. Балашиха. Основные результаты исследований отражены в монографии «Термодинамическое упрочнение сварных и наплавленных изделий машиностроения» (ФГОУ ВПО Ставропольский ГАУ, 2012 г.).
Апробация работы. Основные положения диссертации представлены в докладах на научно-технических конференциях СтГАУ (Ставрополь, 2009-2012 гг.), ФГБОУ ВПО «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия» (Зерноград, 2010 г.), ФГБОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный
университет имени В.П. Горячкина» (Москва, 2011 г.), ФГБОУ ВПО «Военно-технический университет» (г. Балашиха, 2012 г.), VIII Международной научно-практической конференции (Болгария, София, 2012 г.). IV Международном форуме по интеллектуальной собственности «Expopriority» (г Москва, 2012 г.).
Методы исследования базируются на основных положениях теорий теплопереноса, математической физики и подобия, теорий дислокаций, пластической деформации металлов и кристаллографии, методов физического, математического моделирования и математической статистики. Обработка результатов исследований осуществлялась на основе методов многофакторного и статистического анализов.
На защиту выносятся:
1. Математическая модель определения усилия термоупругопластического
деформирования наплавленных поверхностей деталей для обеспечения заданных фи
зико-механических свойств.
-
Методика выбора рациональных режимов обработки наплавленного металла ТУПД с учетом технических требований к восстанавливаемым деталям.
-
Технологическая оснастка для обработки наплавленных поверхностей восстанавливаемых деталей термоупругопластическим деформированием.
-
Ресурсосберегающая технология совмещенной обработки наплавленных деталей ТУПД при ремонте сельскохозяйственной техники.
Публикации. Основные научные положения и результаты диссертационного исследования опубликованы в 12 работах, из них 1 монография, 3 научных статьи в ведущих журналах и изданиях, рекомендованных для публикаций ВАК России. По материалам диссертации получен один патент на изобретение, один патент на полезную модель и два свидетельства о гос.регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Работа изложена на 169 страницах машинописного текста, содержит 60 рисунков, 25 таблиц, использованных источников (148 наименований) и 14 приложений на 47 страницах.
Анализ отказов сельскохозяйственной техники, мероприятий и средств по их ремонту и восстановлению
Готовность сельскохозяйственной техники к выполнению функциональных работ в основном определяется техническим состоянием всего машинно-тракторного парка и оборудования агропромышленного комплекса, при этом большое количество труда и сил затрачивается на организацию своевременного и качественного ремонта сельскохозяйственной техники и машинно-тракторного парка.
По данным Министерства сельского хозяйства Ставропольского края [94] ежегодно увеличивается объем капитальных ремонтов сложной техники, но исходя из сегодняшнего состояния машинно-тракторного парка этого количества явно недостаточно. Сдерживающим фактором выступает финансовое состояние большинства сельскохозяйственных организаций. Затраты на проведение именно осенне-зимнего ремонта техники, в целом составляют более 3,6 млрд. рублей. Величина этой суммы напрямую зависит от возрастного состава находящихся в эксплуатации машин. В настоящее время амортизационные сроки эксплуатации практически у всего парка превышены в 1,5-2 раза. Высокая степень износа техники приводит к тому, что до 20 процентов из ее наличия не принимают участия в полевых работах. Отсюда и повышенная нагрузка на единицу техники, и преждевременный выход из строя, и снижение технологического обеспечения производства, и несоблюдение агротехнических сроков. Как следствие потери урожая, неконкурентоспособность сельхозпродукции на рынке, возврат к экстенсивным способам земледелия.
Объективно, учитывая фактическое состояние машинно-тракторного парка, край должен приобретать 4-4,5 тысячи тракторов и 1-1,2 тысячи зерноуборочных комбайнов ежегодно. Однако, поступление техники на порядок ниже.
Анализ статистических данных показывает снижение наличия сельскохозяйственной техники за период с 2002 года по 2011 год в Ставропольском крае. В том числе, тракторов на 34.5%, комбайнов зерноуборочных на 21,2%, и другой уборочной техники и машин в среднем на 13-60 % (таблица 1.1). В таких условиях возрастает тенденции к более интенсивному износу и отказу сельскохозяйственной техники в целом.
При этом более 50% сельскохозяйственной техники находится в эксплуатации свыше 10 лет, а современные образцы техники составляют менее 15%. По данным концепции сохранения и развития МТП дальнейшее отсутствие стабильного финансирования системы обеспечения на необходимом уровне, может привести к тому, что к 2015 году более 80% МТП будет старше 15 лет.
Согласно районных планов ремонта, представляемых в министерство [94], в осенне-зимний период в крае ежегодно подвергается ремонту около 6000 тракторов, это 30% от их наличия, 800 зерноуборочных комбайнов - 17% от наличия, 400 кормоуборочных комбайнов - 10% от наличия, почти всю почвообрабатывающую и посевную технику. В четвертом квартале 2012 года было отремонтировано 3068 тракторов, в том числе 476 единиц типа К-700; 384 зерноуборочных и 174 кормоуборочных комбайна. Готовность почвообрабатывающей и посевной техники доведена до 87-92%. На 1 февраля 2013 г. отремонтировано 5264 трактора, 656 зерноуборочных и 320 кормоуборочных комбайнов. Данные министерства указывают на то, что ремонтные работы не сложных узлов выполняются в условиях ремонтных мастерских хозяйств.
Выход из строя сельскохозяйственной техники в период разгара сельскохозяйственной поры на сегодняшний день обусловливает необходимость её восстановления в кротчайшие сроки, сохраняя при этом высокое качество ремонта. Из опыта их эксплуатации и ремонта установлено, что все виды отказов, как правило, прогнозируемы и носят постепенно накапливающийся характер (ходовая часть, резинотехнические изделия, электрооборудование, валы и др.), регулируемый за счет проведения регламентного технического обслуживания [50]. В этих условиях сокращения финансирования на приобретение новой техники и сверх эксплуатации старой сельскохозяйственной техники возникает задача улучшения качества и снижение затрат на ремонтно-восстановительные работы всего парка существующей техники.
В структуре себестоимости капитального ремонта машин 60...70 % затрат приходится на стоимость запасных частей. В то же время себестоимость восстановления большинства деталей не превышает 25...40 % цены новой детали. В настоящее время разработаны прогрессивные технологии восстановления, которые помимо восстановления, упрочняют ее, значительно повышая износостойкость. Восстановление изношенных деталей является одним из основных путей экономии материально-сырьевых и энергетических ресурсов, решения экологических проблем, так как затраты энергии, металлов и других материалов в 25...30 раз меньше, чем затраты при изготовлении новых деталей. При переплавке изношенных деталей безвозвратно теряется до 30 % металла.
Анализ состава и объема ремонтного фонда, а также характера повреждений сельскохозяйственной техники показал, что в этой области существуют особенности, учет которых необходим для правильной организации восстановления сельскохозяйственной техники, т.к. значительная (до 90%) часть техники выходит из строя по эксплуатационным причинам.
При организации ремонта сельскохозяйственной техники целесообразно использовать положительный опыт передовых предприятий СК (СХ племколхоз «Россия» Новоалександровского района, колхоз им.Ворошилова Труновского района, ЗАО СХП «Родина» Шпаковского района, СХП к-з «Кановский» Курского района, СПК им. Апанасенко Апанасенковского района, ). В этих хозяйствах выполнение текущих ремонтов техники трудоемкостью 2...4 чел.-ч возлагаются на тракториста, а текущий ремонт трудоемкостью до 20 чел.-ч. осуществляется силами выездных ремонтных групп (2...3 человека) из состава центральной ремонтной мастерской с необходимой оснасткой и инструментами. Ремонт проводится на месте выхода техники из строя. При этом сложный текущий ремонт машин (трудоемкостью до 40 чел.-ч) выполняется бригадами, а средний и капитальный ремонты - в стационарных ремонтных мастерских.
Анализ технической оснащенности ремонтной базы (ЦРМ) сельскохозяйственных предприятий Ставропольского края показал, что большая часть сельхозтоваропроизводителей не обновляла основное оборудование и технологическую оснастку больше 30 лет, следовательно, для повышения качества ремонта в центральных ремонтных мастерских необходимо применять новые методы обработки металла с использованием имеющегося оборудования и оснастки. Таким методом является комплексный метод термоупругопластического деформирования.
Методика расчета тепловых потерь нагретых металлических деталей на заданную глубину резания
Для настройки режущего инструмента на заданный размер при резании металла с нагревом необходимо определение температуры наплавленного металла в зоне деформации, поскольку тепловое расширение металла неизбежно ведет к изменению диаметральных размеров детали.
Решение поставленной задачи отвода тепла при вращении детали сводится к определению величины потери тепла нагреваемой заготовки при резании и расчету времени необходимого на нагрев заготовки определенного диаметра на заданную глубину до заданной температуры резания. Для упрощения сложности расчетов были приняты следующие допущения:
1. Резец не нагревается пламенем газовой горелки.
2. В месте касания пламени газовой горелки заготовки, температура составляет примерно 1000 С.
3. Заготовкой поглощается весь тепловой поток от пламени горелки.
Нагрев заготовки пламенем газовой горелки производится с достаточно большой частотой вращения шпинделя, следовательно, заготовка постоянно должна обдувается воздухом.
Анализируя значения, занесенные в таблицу можно сказать, что от вращающейся нагретой детали потери тепла в окружающую среду ничтожны за один оборот до следующего мгновенного нагрева.
На минимальных оборотах перепад температур составляет всего AT = 0,01 С (см. табл. 2.1) и для упрощения расчетов потерями тепла можно пренебречь, заменяя процесс нагрева точечным источником на нагрев постоянной интенсивности по кольцу [106].
Кроме того, был произведен расчет времени нагрева источником с температурой пламени 3200 С для поверхности вращающейся детали диаметром от 20 до 40 мм. У поверхности заготовки средняя температура факела пламени составит около 1000 С, за счет потерь тепла пламени лучеиспусканием и конвекцией обдуваемого воздуха.
При тепловом расчете использованы зависимости скорости нагрева стальных деталей от их теплофизических параметров. При нагреве заготовки из стали 40Х диаметром 40 мм при следующих исходных данных: X = 32,2 кал/м х ч х С, а = 0,027 м2/ч, а = 80 кал/м2 ч х С, начальная температура заготовки принималась равной температуре окружающей среды Т0 = 20 С.
Температура поверхности Т = 900С, нагреваемой пламенем горелки, будет достигнута через 2,1 секунды нагрева. При этом температура заданного ряда Ті = 800С; 700С; 600С и т.д. будет достигнута за т2 = 2,0 с; т3 = 1,9 с; т4 = 1,8 с; т5 = 1,6 с; т6 = 1,4 с; т7 = 1,1 с; т8 = 0,8 с; т9 = 0,6 с.
При резании с нагревом температура резания Тр определяется по формуле:
Тр = Тн + Тт + Тд, (2.24)
где Тн_ температура предварительного нагрева заготовки, С; Тт - температура, развивающаяся в зоне резания от сдвиговых деформаций при стружкообразовании,С; Тд- тепло от трения стружки о резец и резца о деталь, С.
Для нахождения температуры, возникающей в зоне резания от сдвиговых деформаций, воспользуемся зависимостью вида:
Тд=Ст-и 2.о-в26. (2.25)
Для стали 40Х при обычном резании резцом Т5К10 оптимальная температура процесса составляет Т = 862С. Поскольку обработка металла обычная и с нагревом производится с одинаковыми скоростями, то температура деформации определяется как функция изменения ав прочности металла на разрыв. Тогда
Тд=ка 26, (2.26)
где к — постоянная величина (к = с v 2).
В соответствии с этой зависимостью ав = f (Т) определяем, что нагрев значительно снижает прочность металла на разрыв в интервале от 400 до 723 С. При этом для сохранения структуры металла от нежелательных фазовых превращений возникает необходимость в ограничении верхнего предела нагрева детали до температуры Т = 600С (таблица 2.2).
Следовательно, как показывают расчеты, тепловое воздействие на режущий инструмент при резании с нагревом уменьшается.
При обработке заготовки без нагрева температура в зоне резания зависит только от сопротивления металла резанию, являющаяся функцией прочности металла на разрыв и пластических параметров при сдвиговых деформациях. При резании с нагревом заготовки пламенем горелки температура в зоне резания значительно возрастает.
Полученные результаты позволяют подбирать при термомеханической обработке деталей оптимальные (рациональные) режимы резания.
Исследование параметров шероховатости обработанных пластическим деформированием поверхностей восстанавливаемых деталей
В условиях лабораторно-испытательной базы ФГОУ ВТУ снятие замеров шероховатости производили под бинокулярным микроскопом мод. МИС-11А методами сравнения со стандартными образцами по методике ГОСТ 2789-73 «Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики» [30а]. Высотные параметры профиля определяли на двойном микроскопе Линника (Интерферометр) путем измерения микронеровностей в пределах от Rz = 80 мкм до Rz = 1,6 мкм по методу светового свечения.
Для оценки шероховатости поверхностей и количественного определения их параметров использовали критерии среднеарифметического Ra и среднеквадратического Rq отклонений профиля, рассматриваемого на длине базовой линии
Среднее арифметическое отклонение профиля (среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины 1) рассчитывали по следующей формуле: Ra If. , где у - отклонение профиля, определяемое расстоянием между любой точкой профиля и средней линией; п - число выбранных точек на базовой длине.
Среднее квадратичное отклонение профиля, представляющее собой среднее квадратичное значение отклонение профиля в пределах базовой длины 1, определяли как:
При определении значений Ra и Rq непосредственным измерением на соответствующих приборах их величины устанавливали в пределах длины оценки, включающей несколько базовых длин. По ИСО 3274 базовая длина численно равна отсечке шага прибора, т.е. Ra 0,8 Rq.
Для сопоставления размеров опорных поверхностей, обработанных различными методами, применяли критерий относительной опорной длины tp, определяемый отношением опорной длины профиля г)р к базовой длине 1: где bj — длина отрезка, отсекаемого в материале выступа профиля; р - уровень сечения профиля, определяемый расстоянием между линией выступов профиля и линией, пересекающей профиль шероховатости. При этом опорная длина Чр и относительная опорная длина tp устанавливались на требуемом уровне сечения р профиля, выражаемая в процентах от Rmax (см. гл. 2, п.п. 2.3).
Для минимизации затрат на изготовление деталей и разработку технологического процесса их обработки поверхностно-пластическим деформированием с нагревом при ремонте машин проведен комплекс экспериментальных исследований влияния режимов резания на изменение параметров шероховатости.
Накатка поверхности вала шариком проводилась с целью исследования результатов силового воздействия на «холодный» и нагретый до температуры разупрочнения поверхностный слой металлических изделий.
В результате «холодной» обкатки шариком поверхности наплавленного на заготовку металла образуется поверхность с бороздами по траектории вдавливания шарика. Шероховатость, полученная в результате поверхностно-пластического деформирования шариком, отличается гораздо меньшими высотными параметрами. Режимы резания: число оборотов шпинделя п = 800... 1200 мин _1, величина подачи S = 0,28 мм/об, глубина резания t = 0,2 мм.
Результаты полученных замеров параметров шероховатости при накатывании поверхности шариковым накатником приведены в таблице 3.2.
Процесс накатывания слоя наплавленного металла шариковым накатником с нагревом пламенем горелки представлен на рисунке 3.7. При накатывании горелка продолжает синхронное с накатником движение по направлению к шпинделю, поддерживая в металле заготовки необходимую температуру в пределах Т = 550...850С.
Предварительную обработку резанием с нагревом наплавленного слоя металла до необходимой температуры для поверхностно-пластического деформирования нагретой наплавленной детали проводили при следующих режимах: частота вращения шпинделя п = 800 мин"1, подача S = 0,51 мм/об и глубина резания t = 4 мм. В результате была получена исходная шероховатость в пределах Ra = 1,05... 1,25 мкм. По окончании резания пояска с нагревом резец отводился в сторону и подводился шариковый накатник. Режимы станка для накатывания поверхности: п = 25...60 мин" , S = 0,28 мм/об, усилие Р = 1260 Н.
Шероховатость поверхности накатанной шариком предварительно обработанной резанием с нагревом оказалась ниже, чем полученной накатыванием поверхности, предварительно обработанной холодным резанием (Ra = 1,05... 1,25мкм) и составила по центру борозд Ra = 0,80...0,75 мкм.
Таким образом, пластическое деформирование наплавленных поверхностей деталей с нагревом резко снижает параметры их шероховатости.
Накатка поверхности вала роликом.
Поскольку при обработке наплавленных деталей шариковым накатником практически всегда имеет место образование борозд на нагретой поверхности, то для их предотвращения, снижения параметров шероховатости, а также повышения качества пластического деформирования наплавленного металла сконструирован, изготовлен и опробован роликовый накатник (рисунок 3.8).
В последствии при накатывании роликом поверхностей деталей явление бороздования нагретого наплавленного слоя металла полностью исключалось.
В качестве ролика первоначально использовался шарикоподшипник с наружным диаметром кольца 15 мм и шириной 5 мм. С целью одновременного закрепления накатника и резца на поперечном суппорте станка было предложено изготовить державку, изогнутой под углом в 90. Сечение державки выполнено таким образом, чтобы обеспечивалось необходимое сопротивление изгибу и скручиванию. В качестве материала державки использована сталь 40Х. Для обеспечения необходимой твердости державку подвергли термической обработке (закалка в воде и низкотемпературный отпуск). Конец державки был выполнен в виде вилки с отверстием под ось подшипника. В свою очередь ось подшипника выполнена в системе посадок вала из стали 45 диаметром, равным диаметру отверстия во внутреннем кольце подшипника. При этом ось подшипника проверялась как на срез, так и на смятие. Общий вид роликового накатника, закрепленного в резцедержателе суппорта токарного станка параллельно режущему инструменту, показан на рисунке 3.9.
Эффективность применения термодинамического метода упрочнения и восстановления деталей в ремонтном производстве
Расчет экономической эффективности от внедрения разработанной ресурсосберегающей технологии восстановления наплавленных деталей термодинамическим методом в практику ремонтного производства производили так же на примере вала промежуточного трактора МТЗ-82. При этом стоимость производственных затрат при ремонте указанных деталей определяли следующим образом.
Технологический маршрут ремонта вала промежуточного трактора МТЗ-82 при холодном точении и точении с ППД, с учетом штучного времени приведен в таблице 4.4. Сравнивая два эти маршрута ремонтных работ видно, что маршрут ремонта наплавкой с последующей обработкой резанием с нагревом по трудоемкости в 3 раза меньше, чем ремонт обычным способом.
Суммарная себестоимость ремонта Ср вала сваркой с последующим термомеханической обработкой резанием и ТУПД составит: СРгор = 13,90 + 2,26+ 22,52 = 38,68 руб./дет. 123,92 руб./дет
Суммарная себестоимость ремонта Срхол =123,92 руб./дет
Разница между себестоимостями дает экономию 85,24 руб. за одну деталь. В мастерских сельскохозяйственных предприятий проводится ремонт различных деталей сельскохозяйственной техники, восстанавливаемые детали имеют различный размер, а следовательно и затраты на ремонт будут варьироваться. На 1000 отремонтированных деталей по предлагаемой технологии экономический эффект от внедрения разработки составит более 85 тыс. руб.
Результаты анализа расчетов показывают целесообразность внедрения ресурсо- и энергосберегающей технологии восстановления цельных, сварных и наплавленных деталей термодинамическим методом не только в ремонтных мастерских АПК, но и в различных отраслях промышленности. Это приводит к снижению затрат на ремонт и соответственно изготовление деталей.
Для оценки эффективности использования деталей методом термодинамического деформирования поверхностей, в производственных условиях, на основании методики проектирования металлообрабатывающих цехов произведен сравнительный расчет затрат при объёме восстанавливаемых валов различной сложности 1000 изделий в год (вес валов - от 2,5 до 50 кг, производство мелкосерийное). Номенклатуру составляют гладкие и ступенчатые валы, имеющие шпоночные, шлицевые, зубчатые, резьбовые и прочие поверхности.
На участке установлено отрезное (механическая пила), токарное (револьверный и токарно-винторезный станок), фрезерное (горизонтально-фрезерный и зубофрезерный станок), сверлильное (координатно-сверлильный станок), прессовое (для протягивания), шлифовальное (кругло- и внутришлифовальный станок) и другое технологическое оборудование. Кроме того, имеется отдельно расположенный термический участок с нагревательной печью и закалочной ванной. Общая производственная площадь участка (площадь, занятая оборудованием, проходы и проезды, площадь под тару, транспортные устройства и т.д.) составляет Snpy4 = 300 м .
В связи с изменением технологии обработки поверхностей детали на проектируемом участке устанавливается один токарно-винторезный станок, оборудованный газовой горелкой для нагрева заготовки и роликовым охлаждаемым накатником (вместо двух токарных станков отсутствует круглошлифовальный станок). С учетом уменьшения количества станков изменяется размер производственных площадей.
Стоимость зданий и сооружений. Расчеты производятся укрупненно в соответствии с рекомендациями [56, 130]. Стоимость зданий и сооружений определяется в доле, которая приходится на проектируемый участок.
Для базового варианта (по заводским данным Snpy4 =300 м ) площадь служебно-бытовых помещений определяется исходя из нормы 7 м на одного работающего в одну смену (п = 7 чел): SUI_EblT= 7 7 = 49 м .
Стоимость 1 м производственной площади принимаем равной 12000 руб./м , а стоимость 1 м служебно-бытовых помещений - 14000 руб./м . С"д ОБЩ = SnPУЧ 1200 + SCJI _БЬ1Т -1400=300 12000 + 49 14000 = 4286 тыс. руб.
Для проектируемого варианта: Snpy4= 250 м ; Sa,_BblT = 7 м п, где п = 3 человек, Sai_Ebn.= 7 м2 3 = 21 м2.
Стоимость технологического оборудования.
Первоначальную стоимость базового оборудования определяем по данным бухгалтерского учета базового предприятия, и аналогично - проектную, определяемую по прейскурантам цен с учетом затрат на транспортировку и монтаж (по заводским данным). Перечень выбранного станочного и другого технологического оборудования, оснастки и приспособлений для базового и проектного варианта приведен в таблице 4.7.
