Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы и задачи исследований 14
1.1. Современное состояние и направления развития в области металлообработки при изготовлении и восстановлении деталей машин 14
1.2. Формирование эксплуатационных свойств деталей методом электромеханической обработки 31
1.3. Физические основы применения комбинированных способов повышения долговечности деталей 45
1.4. Выводы по первой главе и задачи исследований 47
2. Теоретические основы закалки, отделочно-упрочняющей обработки и восстановления деталей электромеханическим способом 49
2.1. Теоретические основы применения технологии электромеханической обработки для повышения долговечности деталей машин 49
2.2. Теоретическое обоснование восстановления посадочных мест валов под подшипники качения электромеханической обработкой 52
2.3. Теоретические основы электромеханического восстановления наружной метрической резьбы 57
2.4. Определение усилия внедрения инструмента при электромеханическом восстановлении наружной метрической резьбы 65
2.5. Теоретические основы электромеханического дорнования тонкостенных втулок 73
2.5.1. Тепловые явления при электромеханическом дорновании и расчет глубины упрочненного поверхностного слоя 73
2.5.2. Расчет площади пятна контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью при электромеханическом дорновании 78
2.6. Выводы по второй главе 79
3. Общая методика исследований 81
3.1. Программа исследований 81
3.2. Методика лабораторных исследований 82
3.2.1. Оборудование, материалы, инструмент и оснастка используемые при электромеханической обработке деталей 82
3.2.2. Приборы для исследования геометрии, структуры и физико-механических свойств поверхностей 94
3.3. Методика экспериментальных исследований 96
3.4. Методика эксплуатационных испытаний 97
3.5. Выводы по третьей главе 99
4. Результаты экспериментальных исследований и их анализ 100
4.1. Электромеханическая поверхностная закалка наружных цилиндрических поверхностей 100
4.1.1. Посадочные места валов под подшипники качения и подшипники скольжения 101
4.1.2. Длинномерные цилиндрические детали 106
4. 2. Электромеханическая обработка отверстий 109
4.2.1. Электромеханическая поверхностная закалка отверстий 109
4.2.2. Отделочно-упрочняющая электромеханическая обработка отверстий 110
4.2.3. Электромеханическое дорнование 110
4.3. Результаты испытаний резьбы на срез витков и прочность стержня деталей после электромеханического восстановления 123
4.4. Износостойкость резьбовых соединений после электромеханического восстановления 128
4.5. Влияние электромеханической обработки на усталостную прочность резьбовых соединений 133
4.5.1. Усталостная прочность шатунных болтов 133
4.5.2. Влияние технологии изготовления резьбы болта на усталостную прочность резьбовых соединений 136
4.5.3. Влияние радиуса впадины резьбы шпильки на предел выносливости резьбовых соединений 138
4.5.4. Повышение усталостной прочности стержня болта после электромеханической высадки 139
4.6. Структура и физико-механические свойства резьбы после электромеханического восстановления с использованием дополнительного металла 140
4.7. Электромеханическая поверхностная закалка шпоночных и шлицевых профилей 142
4.8. Электромеханическая поверхностная закалка зубьев звездочек, шестерен, валов-шестерен и зубчатых колес 144
4.9. Выводы по четвертой главе 147
5. Разработка технологии закалки, отделочно-упрочняющеи обработки, дорнования и восстановления деталей электромеханической обработкой и результаты испытаний 149
5.1. Общие принципы закалки, отделочно-упрочняющей обработки, дорнования и восстановления деталей электромеханической обработкой
5.2. Электромеханическое восстановление геометрии и повышение эксплуатационных свойств наружной метрической резьбы 151
5.2.1. Восстановление штуцера нажимного топливных насосов высокого давления двигателей тракторов и автомобилей 151
5.2.2. Восстановление ведущего вала коробки перемены передачтракторов К-700А, К-701 159
5.2.3. Восстановление резьбы болта трака бульдозеров Т-130, Т-170, KOMATSU 161
5.2.4. Электромеханическое восстановление резьбы
ниппельной части насосно-компрессорных труб 73 166
5.3. Электромеханическая поверхностная закалка поверхностей 169
5.3.1. Электромеханическая поверхностная закалка
втулок трака бульдозера «KOMATSU» D - 155 170
5.3.2. Электромеханическая поверхностная закалка исполнительных поверхностей крестовины карданного вала 178
5.3.3. Электромеханическая поверхностная закалка длинномерных цилиндрических деталей 182
5.3.4. Электромеханическая поверхностная закалка вала кулачкового 186
5.3.5. Электромеханическая поверхностная закалка посадочных поверхностей вальцов под подшипники качения 188
5.4. Результаты производственных испытаний деталей 189
5.4.1. Повышение долговечности деталей в условиях
ремонтного производства МП «Ульяновскводоканал» 189
5.4.2. Повышение качества изготовления крепежных деталей
в мастерских автотранспортных предприятий 193
5.4.5. Насосно-компрессорное оборудование нефтеперерабатывающих предприятий 195
5.4.6. Износные испытания втулок турбокомпрессора после электромеханического дорнования 197
5.5. Выводы по пятой главе 201
6. Эффективность результатов исследований и рекомендации производству 202
6.1. Расчет экономической эффективности применения технологии отделочно-упрочняющей электромеханической обработки деталей 204
6.2. Технико-экономическое обоснование применения технологии электромеханической обработки при восстановлении резьбы 206
6.3. Технико-экономическое обоснование применения технологии электромеханической поверхностной закалки деталей 210
6.4. Экономическая эффективность электромеханического дорнования тонкостенных втулок 214
6.5. Практические рекомендации по применению технологии закалки, отделочно-упрочняющей обработки, дорнования и восстановления деталей электромеханической обработкой 218
6.6. Выводы по шестой главе 221
Общие выводы и рекомендации 222
Литература
- Формирование эксплуатационных свойств деталей методом электромеханической обработки
- Теоретическое обоснование восстановления посадочных мест валов под подшипники качения электромеханической обработкой
- Оборудование, материалы, инструмент и оснастка используемые при электромеханической обработке деталей
- Посадочные места валов под подшипники качения и подшипники скольжения
Введение к работе
Актуальность работы. Изготовление и качественный ремонт сельскохозяйственной техники может быть обеспечен за счет эффективных способов упрочнения и восстановления деталей. Свыше 70% парка тракторов, около 50%) зерноуборочных комбайнов, 50% автомобилей, 75% станочного оборудования работает за пределами нормативных сроков эксплуатации. Техническая готовность машин к работам ниже 70%>, а нагрузка на технику превышает нормативную более чем в два раза.
Несмотря на разнообразие сельскохозяйственной техники и разнотипность рабочих органов машин, конструктивно они состоят из деталей имеющих унифицированные поверхности. На одной детали в различной комбинации могут находиться посадочные места под подшипники качения или скольжения, шпоночные и шлицевые поверхности, зубчатые и резьбовые профили, галтели и отверстия. Технические требования к износостойкости и прочности перечисленных поверхностей различные и добиться их только методами объемной закалки крайне затруднительно, даже в условиях машиностроительных предприятий.
Анализ условий эксплуатации и характерных дефектов сельскохозяйственных машин и технологического оборудования, свидетельствует о низком качестве изготавливаемых деталей, прежде всего, по критериям износостойкости и прочности наиболее нагруженных поверхностей. В мастерских сельскохозяйственных предприятий, широкая номенклатура изготавливаемых и восстанавливаемых деталей не подвергается термообработке, упрочняющей и отде-лочно-упрочняющей обработке изнашиваемых поверхностей.
В настоящей работе решена проблема технологического обеспечения и повышения долговечности машин за счет закалки, отделочно-упрочняющей обработки и восстановления наружных и внутренних поверхностей деталей электромеханической обработкой (ЭМО).
Работа выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ФГОУ ВПО МГАУ 2005...2008 г.г. по теме «Применение ресурсосберегающих технологий. Повышение ресурса и надежности двигателей автомобилей, тракторов и сельскохозяйственной техники», Ульяновского сельскохозяйственного института 1986...1995 г.г. по теме "Совершенствование механизированных процессов, обеспечивающих эффективность технического комплекса" (государственный регистрационный номер 01.9.20.013689), ФГОУ ВПО Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии 1996...2000 г.г. по теме "Совершенствование машинно-технического комплекса, обеспечивающего эффективное функционирование механизированных процессов в сельскохозяйственном производстве", ФГОУ ВПО Ульяновской ГСХА 2001...2005 г.г. по теме "Разработка технологий, средств механизации и технического обслуживания энергосберегающих процессов производства и переработки продукции сельского хозяйства".
Цель работы: разработка теоретических основ, методов и технических средств, обеспечивающих повышение долговечности деталей сельскохозяйственной техники электромеханической обработкой.
Объекты исследований: технологические процессы ЭМО и детали сельскохозяйственной техники (наружные и внутренние гладкие поверхности, резьбы, шлицы, шпоночные пазы, зубья шестерен и звездочек).
Предметом исследований являются новые способы электромеханического восстановления (ЭМВ), электромеханической поверхностной закалки (ЭМПЗ), от-делочно-упрочняющей электромеханической обработки (ОУЭМО), электромеханического дорнования (ЭМД) поверхностей, позволяющие повысить физико-механические свойства и долговечность деталей.
На защиту выносятся следующие научные положения:
- теоретические основы формирования геометрии и физико-механических свойств рабочих поверхностей деталей путем нагрева и одновременного выдавливания металла из нерабочей зоны, принудительного перемещения искаженного объема и пластического перераспределения материала
поверхностей, изменения структуры и получения градиентных слоев поверхностного слоя деталей машин;
— закономерности формирования геометрии и физико-механических
свойств поверхностей, с учетом условий эксплуатации, схем нагружения, по
зволяющих повысить долговечность деталей.
Научную новизну исследований составляют:
— теоретические основы ЭМВ наружной метрической резьбы вновь изго
тавливаемых и бывших в эксплуатации деталей с формированием номинальных
геометрических параметров, ликвидацией микротрещин, получением благопри
ятной текстуры волокон металла и оптимальной шероховатостью;
— теоретические основы электромеханического дорнования тонкостенных
стальных втулок, позволяющие производить отделочно-упрочняющую обра
ботку внутренних поверхностей и обеспечить, при этом, монтажный натяг в со
единении «корпус - наружный диаметр втулки»;
— установлены зависимости физико-механических свойств восстановлен
ных и упрочненных поверхностей от режимов их обработки;
— установлены закономерности влияния технологических параметров
электромеханической обработки на структуру, фазовый состав, точность, меха
нические и эксплуатационные свойства деталей.
Практическая значимость работы заключается в разработке технологий, оборудования, инструмента, оснастки, позволяющих на универсальном металлорежущем оборудовании производить закалку, отделочно-упрочняющую обработку, дорнование и восстановление деталей ЭМО.
Реализация результатов исследований. Технологические процессы, комплекты оборудования, инструмента и оснастки внедрены на предприятиях г. Ульяновска и Ульяновской области, г. Рязани, г. Тольятти, г. Перми, г. Чебоксары, НГДУ «Ямашнефть» ОАО Татнефть, г. Москвы и Московской области.
Для оказания научно-технической помощи предприятиям создана учебно-научно-производственная лаборатория электромеханической обработки,
имеющая учебно-научно-исследовательский центр (ФГОУ ВПО МГАУ) и опытно-экспериментальное производство (ФГОУ ВПО Ульяновская ГСХА).
Разработки экспонировались: в Межотраслевом центре научно-технической информации "Ярмарка Большая Волга", Ульяновск; в выставочном центре "Пермская ярмарка", Пермь; на научно-промышленном форуме "Россия единая", Нижний Новгород; на агропромышленных выставках "Золотая осень" 2005-2008 г.г.; в Международном выставочном центре «Крокус Экспо», Москва, 2006 г.; «Архимед - 2007» в культурно-выставочном центре «Сокольники» Москва, «Металлообработка 2008» в центральном выставочном комплексе «Экспоцентр», Москва.
Результаты исследований внедрены в учебный процесс ФГОУ ВПО МГАУ при изучении дисциплин "Материаловедение", "Технология конструкционных материалов", ФГОУ ВПО Ульяновская ГСХА при изучении дисциплин "Надежность и ремонт машин", "Метрология, стандартизация и сертификация".
Апробация работы. Результаты исследований и положения диссертации доложены, обсуждены и получили положительную оценку на 42 научных конференциях, совещаниях и семинарах, основными из которых являются: НТК стран-членов СЭВ "Современное оборудование и технологические процессы для восстановления и упрочнения деталей машин", Пятигорск, 1988 г.; НТК "Разработка и промышленная реализация новых механических и физико-химических методов обработки", МВТУ им. Н.Э. Баумана, М.: 1988 г.; НТК "Методы и технические средства обеспечения надежности сельскохозяйственной техники", НПО ВИСХОМ, М.: 1988 г.; вторая Международная НТК "Новые технологии в машиностроении", Харьков-Рыбачье, 1993 г.; НТК "Состояние перспективы восстановления и упрочнения деталей машин", НПО "Ремде-таль", М.: 1994 г.; Международная НТК "Проблемы повышения качества машин", Брянск, 1994 г.; II Международная НТК "Современные научно-технические проблемы транспорта России", Ульяновск, 2002 г.; Международная НІЖ, посвященная 75-летию ФГОУ ВПО МГАУ «Актуальные проблемы агроинженерной науки», М.: 2005 г.; Международная НТК «Научные пробле-
мы развития ремонта, технического обслуживания машин, восстановления и упрочнения деталей», ГОСНИТИ, М.: 2005 г.; Международная НПК «Научные проблемы и перспективы развития восстановления и упрочнения деталей, ремонта, обслуживания машин, работающих в сельском хозяйстве», ФГОУ ВПО МГАУ, 2006 г.; XIII Международный симпозиум «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред», М.: 2007 г.; конференция выставки «Металлообработка 2008»; «Российское инновационное станкостроение. Комплексные технологии. Наука. Производство» М.: Экспоцентр.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 84 научные работы, в том числе монография объемом 8,06 п.л. Получено два авторских свидетельства, 21 патент и три положительных решения на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка используемой литературы и приложений, содержит 246 страниц машинописного текста, 108 рисунков, 17 таблиц.
1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
Формирование эксплуатационных свойств деталей методом электромеханической обработки
Результаты исследований, выполненные Б.М. Аскинази [1-6] , Ю.Д. Александровым [7], В.П. Багмутовым [11, 12, 14], А.И. Бражюнас [18], А.В. Гурьевым, В.К. Ильиным [48], Э.В. Рыжовым [111, 114-120], А.Г. Сусловым [130-133], В.П. Пономаренко, Л.В. Федоровой [147, 148, 151, 157, 165, 179, 181], СЮ. Эль-киным [188] указывают на высокую эффективность восстановления и упрочнения деталей с использованием электромеханической обработки. ЭМО отвечает современным тенденциям развития технологии изготовления и восстановления деталей, так как обеспечивает энерго- и ресурсосбережение, значительное сокращение длительности процессов, улучшает безопасность и экологичность производства и позволяет получить свойства поверхностей, не обеспечиваемые объемной термической обработкой.
Проблема разработки технологий, позволяющих качественно изготавливать детали при их производстве, а таюке обеспечить их долговечность в процессе эксплуатации машин, остро стоит перед инженерно-техническими работниками предприятий различной направленности и форм собственности. Среди широкой номенклатуры деталей, выпускаемых с низким качеством исполнительных поверхностей, значительная часть приходится на резьбовые соединения [189-191].
В настоящее время при изготовлении и в процессе восстановления резьбовых соединений, особенно в условиях сельскохозяйственных, транспортных, ремонтных предприятий отсутствуют эффективные способы качественного образования резьбы [150, 177]. Производителям, даже по ответственным резьбовым деталям (болты шатунные, болты карданные, шпильки крепления блока двигателя автомобиля, шпильки крепления колес автомобилей, стремянки) не удается исключить явления окисления или обезуглероживания витков резьбы. Твердость резьбы не отвечает возросшим требованиям повышения износостойкости, как в процессе эксплуатации, так и при выполнении разборочно-сборочных операций резьбового соединения. Управлять ходом технологического процесса термической обработки не удается, причем не только в одной партии деталей с резьбой, но и на длине резьбы одной детали. Крайне сложно обеспечить высокую усталостную прочность резьбового соединения, в комплексе с достаточной износостойкостью и статической прочностью витков резьбы.
Значительные трудности испытывают производители техники при оценке качества резьбовых поверхностей деталей с наружной и внутренней резьбой, особенно по физико-механическим свойствам поверхностного слоя и нижележащих слоев материала. Такие параметры, как твердость (микротвердость), глубина упрочнения, наличие дефектов поверхностного слоя резьбы, проконтролировать экспресс методами не удается. Для этого необходимы лабораторные металлографические исследования или стендовые испытания. Качество резьбы по вышеперечисленным показателям должно гарантироваться технологическими режимами обработки.
Промышленные способы изготовления деталей с резьбой основаны на применении следующих технологий: - заготовку перед резьбонарезанием подвергают объемной термообработке (улучшению). Затем заготовку протачивают до номинального размера стержня и нарезают (резцом, резьбовыми гребенками).резьбу требуемого типоразмера и необходимой точности. - заготовку перед подвергают закалке и отпуску на твердость не более 36 HRC, а затем формируют резьбу накатыванием; - производят формирование геометрической формы деталей, защищают резьбу от окисления или обезуглероживания, и выполняют термические опера ции остальных исполнительных поверхностей. После чего производят финишные операции этих поверхностей, без воздействия на резьбовые участи детали; - производят формирование геометрических параметров поверхностей и подвергают деталь объемной термообработке. Окончательно размеры и свойства поверхностного слоя обеспечивают резьбошлифованием. - резьбовые детали, подверженные в процессе эксплуатации усталостному разрушению, подвергают дополнительной обработке по основанию резьбы способами поверхностного пластического деформирования; - ответственные детали с резьбой подвергают способам химико- термической обработки, например, азотированию; - с целью повышения коррозионной стойкости наносят на резьбу покрытия путем гальванического осаждения материалов (цинкование, кадмирование, хромирование и т.д.); - одним из эффективных способов повышения качества резьбы является технология финишного плазменного упрочнения; - в ремонтном производстве детали изготавливают из сталей обыкновенного качества на универсальном оборудовании без какой-либо упрочняющей или отделочно-упрочняющей обработки резьбы; - резьбовые детали изготавливают путем резьбонарезания из качественных и высококачественных сталей, без выполнения термической обработки; - при различных способах восстановления резьбы, ее окончательные размеры обеспечивают резьбонарезанием на токарных станках.
Отсутствие способов обеспечения параметрической надежности резьбовых соединений, при явно возрастающих объемах изготовления и восстановления резьбовых деталей, обуславливает необходимость разработки новых технологических, организационных, экономических и экологических основ выбора способов упрочнения и восстановления резьбовых поверхностей [10, 21, 22].
Теоретическое обоснование восстановления посадочных мест валов под подшипники качения электромеханической обработкой
Основанием для повышения износостойкости посадочных мест валов под подшипники качения является меньшая их твердость (48...54 HRC) при изготовлении и низкая твердость (18...24 HRC) при их восстановлении, по сравнению с твердостью внутреннего кольца подшипника (60.. .64 HRC).
В условиях все возрастающей напряженности работы сельскохозяйственной техники, повышения ее мощности и скорости перемещения, а также в связи с поступлением на российский рынок дорогостоящих зарубежных тракторов, комбайнов и сельхозмашин проблема качественного ремонта посадочных мест валов под подшипники качения становится все более важной. При посадке подшипника на вал с натягом обеспечивается неподвижность соединения. Расчетное значение натяга (Npac4) назначается из условия: Npac 1 = Nmin + l,2(RzD +Rzd), (15) где Nmin = dmin - Draax — минимально рекомендуемый натяг в посадке, зависящий от минимального диаметра вала dmjn и максимального диаметра отверстия Dmax ; RzD, Rzd - высота микронеровностей, соответственно для отверстия внутреннего кольца подшипника качения и вала.
Зависимость (15) предполагает, что при запрессовке изменение шероховатости вала и отверстия составит до 60% от исходной высоты микронеровностей. Однако при запрессовке вала, имеющего меньшую твердость по сравнению с внутренним кольцом подшипника, происходит пластическое изменение микронеровностей, что приводит к уменьшению величины требуемого натяга. По Е.Ф.Бежелуковой, в посадке с натягом, величина смятия (ARz) исходных микронеровностей отверстия и вала, определяется по формуле: ARz = 2 (knRzD+keRzd), (16) где k„ = 0,1...0,2 — коэффициент, учитывающий величину смятия микронеровностей подшипника; kB = 0,6...0,8 - коэффициент, учитывающий величину смятия микронеровностей вала.
Зависимость (16) предполагает изменение высоты микронеровностей отверстия подшипника на величину до 20% (ШХ 15, 58...62 HRC), а вала с твердостью 48.. .54 HRC — до 80% от первоначальной.
При ремонте сельскохозяйственной техники часто используют валы и подшипники качения бывшие в эксплуатации. Повторное использование валов и подшипников качения возможно при условии, что размер посадочного места вала под подшипник качения должен быть увеличен на величину изменения микронеровностей деталей после запрессовки - распрессовки соединения. Суммарное изменение микронеровностей после запрессовки подшипника на вал не превышает величины 12...15 мкм (при Rzd — 20 мкм и RzD — 5 мкм).
Одной из причин нарушения работы соединения вал-внутреннее кольцо подшипника является также ослабление натяга при эксплуатации из-за изменения микрогеометрии тел качения и беговых дорожек колец. Для повторного использования подшипников качения необходимо также компенсировать изменение микронеровностей тел качения {RzmK) и беговых дорожек (Rzed) наружного и внутреннего колец на величину изменения микронеровностей подшипника качения (ARz пк): ARz пк = 2 kn (RZim + 2Rz6d) (17)
Для реализации условия (15), с учетом зависимостей (16) и (17) в случае повторного использования валов и подшипников качения необходимо компенсировать уменьшение размеров поверхностей (ARz с) по зависимости (18): ARz с = 2 (kn RzD + RzmK+2 Rz6d) + 2кв Rzd (18)
Так как подшипники качения являются стандартными изделиями, для которых изменения размеров не допускаются, компенсировать суммарное изменение размеров поверхностей (ARzc) возможно только за счет увеличения диаметра вала.
В результате ЭМПЗ происходит изменение структуры поверхностного слоя и, как следствие, размера вала (d). d= k d3ar с/ (Rz3ar. - RzaeT.), (19) где k =1,046 — коэффициент, учитывающий изменение размера поверхности вала из-за фазовых превращений Fey— Fea; с - коэффициент, учитывающий влияние числа рабочих ходов инструмента; Rz r и RzaCT - высота микронеровностей до и после ЭМПЗ.
Оборудование, материалы, инструмент и оснастка используемые при электромеханической обработке деталей
Для выполнения операций электромеханической обработки, в условиях «Учебно-научно-производственной лаборатории электромеханической обработки имени Б.М. Аскинази», сконструированы и изготовлены несколько моделей установок: «Стандарт», «Стандарт - М», «Циклон», «Касатка», «ЭМУР», «Учебная». Установки электромеханической обработки различаются по: номинальной мощности, производственному назначению, габаритным размерам, компоновочной схеме, виду силового трансформатора, способу охлаждения силового трансформатора.
Экспериментально установлено, что при выполнении операций электромеханической обработки номинальная мощность, выделяемая в зоне контакта инструмента и поверхности детали, как правило, не превышает 5 кВт. Однако при электромеханической обработке наружной метрической резьбы номинальная мощность процесса не превышает 2 кВт. При электромеханической обработке крупногабаритных и длинномерных деталей, а также при закалке поверхностей на глубину более двух миллиметров необходимо, чтобы установка работала длительное время. Для демонстрации процессов электромеханической обработки применительно к учебным программам при подготовке специалистов, не требуется создания мощного и сложного демонстрационного оборудования. Разработаны и изготавливаются установки электромеханической обработки номинальной мощностью 2,4; 4; 10; 25 кВт.
Для выполнения процессов электромеханической обработки, применительно к условиям единичного и ремонтного производства, используется следующее оборудование и оснастка: установка электромеханической обработки мощностью 10 кВт; державка телескопическая или специальные приспособления; электроконтактное устройство (ЭКУ); силовые токоподводящие кабели; инструмент. При изготовлении или восстановлении деталей в ремонтном производстве электромеханическая обработка производится на токарно-винторезных станках. Операции электромеханической отдел очно-упрочняющей обработки, электромеханической поверхностной закалки и электромеханического восстановления выполняются токарем, производящим обычные операции резания.
Установка «Стандарт» предназначена для выполнения операций электромеханической обработки поверхностей деталей и применяется в условиях ремонтного или единичного производства. Установка (рисунок 3.2.) состоит из трансформатора, приборов контроля, управления и защиты. На лицевой панели установки смонтированы: переключатель ступенчатого регулирования, кнопочная станция, маховик регулятора напряжения или автотрансформатора, прибор контроля и наблюдения. Плавное регулирование силы электрического тока до величины 1000А осуществляется при переводе переключателя ступенчатого регулирования в положение 1. Дальнейшее ступенчатое увеличение силы тока до ЗОООА обеспечивается переводом переключателя в положение со второго и далее. Номинальная электрическая мощность, кВт 10 Напряжение питающей сети, В 380/220 Номинальная частота, Гц 50 Напряжение вторичной цепи, В 2...7 Пределы регулирования тока вторичной цепи, А 0...1800 Номинальный режим работы, ПВ% 50 . Коэффициент полезного действия не менее % 80 Диапазон регулирования тока, А плавного 0...1000 ступенчатого 1000... 1800 Число ступеней регулирования 4.. .6 Рисунок 3.2 - Установка электромеханической обработки «Стандарт» Масса, не более, кг 120 Габаритные размеры, мм 650x600x500
В нижней части установки имеется навесная электрическая панель, с внутренней стороны которой смонтирована электроаппаратура управления, автоматический выключатель типа АК 63-ЗМГ. Включение и выключение установки производится через магнитный пускатель переносной кнопочной станци 84 ей. Специальный инструмент подводят к обрабатываемой поверхности детали так, чтобы между ними возник хороший электрический контакт.
Недостатком установки «Стандарт» является отсутствие плавного регулирования электрических режимов при силе электрического тока во вторичной цепи силового трансформатора более 600 ампер длительное время. Это связано с тем, что применяемые автотрансформаторы АОСН-20-220-75 или регуляторы напряжения РНО-250-5 не предназначены на длительную безостановочную работу при силе электрического тока 600 и более ампер. Кроме того сами регуляторы достаточно громозкие, требуют регулярного технического обслуживания и ремонта, весят 25...30 кг. Применение регуляторов напряжения типа РНО или автотрансформаторов типа АОСН приводит к необходимости использовать в конструкциях установок электромеханической обработки дополнительных электрических приборов, в частности ступенчатого переключателя режимов. Номинальная электрическая мощность, кВт 10 Напряжение питающей сети, В 380/220 Номинальная частота, Гц 50 Напряжение вторичной цепи: В 0...7 Пределы регулирования тока вторичной цепи, А 0...1800 Номинальный режим работы, ПВ% 50 Коэффициент полезного действия не менее % 80 Масса, не более, кг 80 Габаритные размеры, мм 550x500x500 Рисунок 3.3 - Установка электромеханической обработки «Стандарт - М»
Установка электромеханической обработки «Стандарт - М» (рисунок 3.3.) имеет тиристорный привод регулирования напряжения по первичной обмотке силового трансформатора. Установка «Стандарт - М» позволяет плавно регулировать напряжение и изменять силу электрического тока во вторичной цепи трансформатора от нуля до 1800 А.
При выполнении операций электромеханической обработки установку удобнее размещать либо за станком, либо над передней бабкой. Однако при этом, маховик регулятора напряжения или рукоятка тиристорного привода
Посадочные места валов под подшипники качения и подшипники скольжения
В условиях все возрастающей напряженности работы техники сельскохозяйственного назначения, повышения ее мощности и скорости перемещения, а также в связи с поступлением на российский рынок дорогостоящих зарубежных тракторов, комбайнов и сельхозмашин проблема качественного ремонта посадочных мест валов под подшипники качения становится все более важной.
К посадочным местам валов под подшипники качения и подшипники скольжения предъявляются высокие требования по точности геометрических размеров, точности формы поверхности в продольном и поперечном направлениях, твердости и шероховатости поверхностей. В ремонтном производстве предприятий АПК, при изготовлении и восстановлении валов, обеспечиваются в лучшем случае требования по точности геометрических размеров и точности формы поверхностей. Однако выполнение указанных требований не гарантирует функциональную надежность работы машин, ввиду низкой твердости и несоответствующей шероховатости посадочных мест валов под подшипники качения и скольжения.
На основе технологии ЭМО предлагается две основные схемы обработки посадочных мест валов под подшипники качения и скольжения: отделочно-упрочняющая электромеханическая обработка и электромеханическая поверхностная закалка.
При ОУЭМО происходит закалка поверхности и формирование оптимальной шероховатости обработанного участка детали. Поверхностный слой после ОУЭМО однороден по своему составу, а глубина изменения микротвердости колеблется незначительно. Относительное увеличение твердости по сравнению с исходной структурой для стали 45, упрочненной ЭМО, составляет 3,7. нМ100. мпа Рисунок 4.2 — Изменение микротвер 8000 т г г 6000 дости по глубине поверхности после \ эмпз 4000 Для определения структурных 2000 составляющих поверхностного слоя после ОУЭМО проведены исследования на стали 45. В 0,3 0,6 0,9 х10-3 м результате рентгеноструктурных исследований установлено, что на поверхности детали возникает мартенсит малой тетрагональное. При содержании в стали углерода менее 0,6...0,7 % парные линии диаграммы сливаются, образуя размытые кривые, соответствующие решетке a-Fe. При исследовании фазового анализа на дифрактограммах имеются отражения от кристаллографических плоскостей и y-Fe. Таким образом, при исследовании стали 45 установлено, что в поверхностном слое образуется мартенсит малой тетрагональное при наличии остаточного аустенита.
Особенностью ЭМПЗ является то, что максимальное значение твердости достигается на глубине 0,1...0,15 мм от обработанной поверхности детали (рисунок 4.2.). Это обстоятельство необходимо учитывать при назначении припуска под окончательную обработку поверхностей.
Исследования шероховатости после отделочно-упрочняющей электромеханической обработки приведены в таблице 4.2 (сталь 45). Высота микронеровностей, в зависимости от режимов ОУЭМО уменьшается в 1,8-2,2 раза. Причем изменяется не только высота микронеровностей, но и форма микровершин и микровпадин. При ОУЭМО вершины микронеровностей нагреваются до температуры свыше 1000 С и под действием контактной поверхности твердосплавного инструмента приобретают плоскую форму. Аналогичную картину имеет шероховатость поверхности после плосковершинного хонингования. Впадины микронеровностей, находятся в условиях силового термомеханического воздействия со стороны инструмента, имеют радиусное закругление. Особенностью ОУЭМО является то, что изменяется не только микрогеометрия поверхности, но и происходит улучшение физико-механических свойств, структуры и текстуры волокон металла.
