Выбор и расчет рациональных способов восстановления распределительного валика

- 15 -

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вологодская государственная молочнохозяйственная академия им. Н.В. Верещагина

Факультет механизации сельского хозяйства

Кафедра ремонта машин и БЖД

предмет «Технология ремонта машин»

Расчетно-пояснительная записка

к курсовой работе

на тему:

Выбор и расчет рациональных способов восстановления распределительного валика

Выполнил:

Костерин В. Н., 352 группа

Руководитель: к.т.н. А.В. Закрепин

Вологда - Молочное

2010

Содержание

Введение

1. Восстановление деталей

1.1 Возможные способы восстановления

1.2 Выбор рациональных способов восстановления

2. Расчеты режимов обработки

2.1 Расчет режима осталивания

2.2 Расчет режима наплавки

2.3 Определение режимов резания при точении

2.4 Определение режимов шлифования для поверхности под подшипник

3. Экономическое обоснование

Заключение

Литература

ВВЕДЕНИЕ

Одним из крупных резервов экономии и бережливости восстановление изношенных деталей тракторов, автомобилей, комбайнов, сельскохозяйственных машин; оборудования животноводческих ферм, предприятий пищевой и перерабатывающей промышленности.

Известно, что работоспособность техники во многом зависит от качества ремонта и технического обслуживания, уровень которых, в свою очередь, обусловлен надежностью и ресурсом запасных частей, в том числе восстановленных.

Основа повышения качества -- применение прогрессивных технологий восстановления деталей. Новые методы и технологии нанесения покрытий и их механическая обработка, восстановление деталей современными методами газотермических покрытий.

1. Восстановление деталей

1.1 СПОСОБЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ

Наплавка дает возможность получать на рабочих поверхностях деталей слои практически любой толщины и химического состава, обладающие разнообразными свойствами, высокой твердостью и износостойкостью, а также слои антифрикционные, кислотостойкие, жаропрочные и т. д.

На ремонтных предприятиях в сельском хозяйстве применяют различные способы наплавок.

РУЧНАЯ ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ НАПЛАВКА

Сущность ручной наплавки заключается в том, что под действием теплоты сварочной дуги плавится основной металл (металл наплавляемой детали) и присадочный материал (электродный стержень с покрытием), затем происходит кристаллизация расплавленного металла.

Ручная наплавка выполняется, как правило, плавящимися электродами. Режим наплавки зависит от толщины металла, подлежащего наплавке, размеров изделия, требований к качеству, внешнему виду и других показателей. Например, при толщине стали 1...2 мм диаметр электрода составляет 2...3 мм, при 3...5 соответственно 3...4, при 4... 10 мм -- 4... 5 мм и т.д.

Для питания электрической дуги можно применять как постоянный, так и переменный ток, хотя при постоянном токе дуга устойчивее. Сварку и наплавку можно вести на прямой и обратной полярностях.

При наплавке на прямой полярности (деталь подключена к положительному полюсу) увеличивается глубина проплавления детали и количество наплавленного металла. Обратную полярность (деталь подключена к отрицательному полюсу) применяют в тех случаях, когда необходимо уменьшить нагрев деталей. Если для наплавки (сварки) применяется переменный ток, на электродах выделяется примерно одинаковое количество теплоты. Ручную дуговую наплавку обычно применяют при незначительном объеме работ, а также при нанесении наплавочного слоя на поверхности в различных пространственных положениях.

Производительность ручной наплавки зависит от многих факторов.

Применение специальных стендов и приспособлений, позволяющих ускорять установку и повороты наплавляемых деталей, повышает производительность на 15...20% и существенно облегчает выполнение вспомогательных работ.

Производительность ручной наплавки повышается также при использовании присадочного прутка, пучка электродов и трехфазной дуги.

ГАЗОПЛАМЕННАЯ НАПЛАВКА И НАПЫЛЕНИЕ

Газопламенная наплавка--процесс нанесения присадочного слоя металла на основной, расплавляемый на небольшую глубину. Наплавку применяют для восстановления изношенных деталей и для придания слою металла особых свойств -- коррозионной и износостойкости, твердости и т. п.

На детали из стали и чугуна наплавляют цветные металлы (медь, латунь, бронзу), легированные стали, чугун, а также специальные твердые сплавы. Для получения требуемой глубины проплавления необходимо регулировать степень нагрева основного и наплавочного металла. При газопламенной наплавке это делать легче, так как основной и присадочный металлы нагреваются раздельно. Газокислородное пламя также защищает наплавленный металл от окисления его кислородом воздуха и от испарения элементов, входящих в состав наплавляемого металла.

Недостаток газопламенной наплавки--более низкая производительность по сравнению с дуговой и увеличенная зона нагрева основного металла, что может привести к возникновению остаточных напряжений и деформаций в деталях. В связи с этим газопламенная наплавка применяется для деталей небольших размеров.

При газопламенной наплавке на предварительно нагретую поверхность направляют пламя, но не доводят основной металл до расплавления. Затем подают присадку и, расплавляя ее, наплавляют металл, добиваясь его растекания по нагретой поверхности. Для очистки наплавляемой поверхности от оксидов применяют флюсы как при сварке, так и при пайке.

Газопламенную наплавку применяют преимущественно для латунных и стальных или чугунных деталей, поверхность которых подвергаются износу.

НАПЛАВКА ПОД СЛОЕМ ФЛЮСА

Сущность наплавки под слоем флюса заключается в том, что между деталью и оголенным металлическим электродом, к которому подводится ток от источника питания, возникает электрическая дуга. Ток может быть переменным и постоянным.

В зону дуги подают флюс. Слой флюса толщиной 50... 60 мм закрывает дугу и плавится под действием ее теплоты. Вокруг зоны наплавки образуется своеобразный защитный слой, предохраняющий расплавленный металл от воздействия окружающей среды: окисления, разбрызгивания, угара и образования пор.

Металл с проволоки переносится через дуговой промежуток в жидкую ванну в виде капель и перемешивается с расплавленным основным металлом.

Состав и структура шва зависит от марки и диаметра электродной проволоки, марки основного металла и состава флюса.

Наплавка под слоем флюса проводится главным образом механическим путем. Различают полуавтоматическую и автоматическую наплавку.

НАПЛАВКА В СРЕДЕ ЗАЩИТНЫХ ГАЗОВ.

Сущность способа заключается в том, что защитный газ непрерывно подается в зону дуги, горящей между наплавляемой деталью и плавящимся или неплавящимся электродом.

В ремонтном производстве применяют полуавтоматическую наплавку в среде углекислого газа плавящимся электродом на постоянном токе при обратной полярности, а также автоматическую электродуговую наплавку в среде защитного газа с направленным охлаждением, что дает возможность получать наплавленный металл высокого качества (без пор, раковин и трещин). Охлаждающая жидкость подается на строго определенное расстояние от зоны горения дуги. Она закаливает наплавленный слой и позволяет регулировать его твердость в широких пределах -- НКС 20...50.

Особенности дуговой наплавки в среде защитных газов следующие:

высокая степень концентрации дуги, обеспечивающая минимальную зону структурных превращений и относительно небольшие деформации изделия;

высокая производительность;

высокоэффективная защита расплавленного металла, особенно при использовании в качестве защитной среды инертных газов;

возможность наблюдения за ванной и дугой; низкая стоимость выполнения наплавочных (сварочных) работ при применении в качестве защитной среды активных газов (СОз, паров воды и смесей газов);

отсутствие надобности в применении флюсов или обмазок;

широкая возможность механизации и автоматизации;

возможность наплавки в различных пространственных положениях.

Сущность наплавки в углекислом газе заключается в том, что сварочная дуга и расплавленный металл защищаются от вредного воздействия воздуха струей углекислого газа. Для нейтрализации окислительного действия газа в электродной проволоке должно быть повышенное содержание активных раскислителей.

Электродная проволока из "кассеты непрерывно подается ' зону сварки. Ток к электродной проволоке подводится. через мундштук и наконечник, расположенные внутри газоэлектрической горелки. При наплавке металл электрода и детали перемешивается, жидкая ванна защщается истекающим из горелки углекислым газом. Газ при высокой температуре диссоциирует с образованием оксида углерода. Исходный и получившийся газы практически нерастворимы в твердом и расплавленном металле, что способствует образованию высококачественного наплавленного слоя.

Режим наплавки в среде углекислого газа следующий. Рекомендуется наплавлять металл возможно более короткой дугой (1,5...4 мм), так как при увеличении ее длины происходит излишнее разбрызгивание металла и резко изменяется химический состав металлопокрытия.

Наиболее приемлемы источники питания с жесткой характеристикой. Скорость наплавки обычно выбирают в интервале 20...80 м/ч в зависимости от диаметра электрода и размера наплавляемой детали.

Расход углекислого газа зависит от типа горелки, условий наплавки и изменяется в пределе 6... 25 л/мин. Недостаточное количество углекислого газа в зоне наплавки приводит к появлению в металле пор.

Рекомендуется использовать электродные проволоки с повышенным содержанием кремния и марганца -- Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-10ХГ2С и др. Для образования износостойкого наплавленного слоя применяют порошковые проволоки ПП-6ХЗВ10, ПП-Сормайт № 1, ПП-Сормайт № 2 и «др.

Оборудование. Для наплавки в среде защитных газов применяют специальные автоматы и установки АГП-2, АДСП-2, УДАР-300, УДГ-501; полуавтоматы А-547Р, Л-537, ЛШП-10; преобразователи ПСГ-350, ПСГ-500.

ВИБРОДУГОВАЯ НАПЛАВКА

Сущность процесса. В основу вибродуговой наплавки положены методы контактной сварки металлов и электрической дуги. К наплавляемой поверхности вращающейся детали подают электродную проволоку, которой сообщается колебательное движение (до 100 колеб.) с периодическим замыканием дугового промежутка и принудительным переносом электродного металла в наплавочную ванночку. При размыкании образуется дуга напряжением 12...28 В и более, в результате чего происходит оплавление поверхности детали и плавление электродной проволоки.

Род тока. Наплавка ведется на постоянном токе обратной полярности, чем достигается лучшая стабильность процесса. При прямой полярности соединение наплавленного слоя в основном непрочное, легко отслаивается. Обратная полярность дает надежное соединение металлов. К тому же при обратной полярности выгорание углерода составляет 6%, а при прямой -- 33%.

Проволока. При вибродуговой наплавке применяют сварочную углеродистую или легированную проволоку диаметром от 1 до 3 мм. На практике чаще всего используют сварочную проволоку Св-08, Св-08А, Св-08ГА, Св-10Г2С, Св-18ХГСА, Св-ЮХМ, Св-ЮХМА.

Характер структур, образующихся в наплавленном металле и зоне термического влияния, зависит от химического состава электродной проволоки, основного металла, температуры и длительности максимального нагрева рассматриваемого участка и охлаждающей жидкости.

Опыт показывает, что при вибродуговой наплавке свойства наплавленного металла характеризуются пятнистостью (твердость, структура и др.). Например, при наплавке электродной проволокой Св-65Г на сталь 45 слой имеет структуру мартенсита, постепенно переходящего в троостит и троосто-сорбит. Твердость снижается с ВДС 50.,.52 до ИКС 35...30. Это происходит потому, что наплавленный слой сначала закаливаетсй, а при нанесении последующего слой частично 'отпускается.

Ширина отпущенных участков зависит от толщины наплавленного слоя: при толщине 0,5...0,6 мм ширина участка отпущенного металла не превышает 5... 15% ширины наплавленного валика, при толщине 1... 1,5 мм она достигает 50 % ширины валика.

Оборудование. В качестве источников питания для наплавки постоянным током используют генератор ПСО-500 с балластным реостатом. Чтобы дуга устойчиво горела, в сварочную цепь включают стабилизирующий дроссель РСТЭ-34.

ИНДУКЦИОННАЯ НАПЛАВКА

Сущность наплавки заключается в индукционном нагреве токами высокой частоты (ТВЧ) присадочного металла. Его предварительно наносят на поверхность изделия в виде смеси порошков, литого кольца или прессованного брикета либо расплавляют в огнеупорной воронке, расположенной над наплавляемой деталью.

Преимущества данного метода: высокие производительность процесса (до 20 кг/ч) и качество наплавленного слоя с точки зрения шероховатости поверхности, химического состава, плотности и однородности; незначительное проплавление основного металла (10. ..15% толщины наплавленного слоя) при высокой прочности соединения упрочненного слоя с материалом основы; возможность получения тонких слоев (до 0,3 мм).

Материалы. Применяемые для индукционной наплавки сплавы должны обладать минимальной магнитной проницаемостью с температурой плавления на 150,.. 200 °С ниже температуры плавления основного металла.

К таким сплавам относятся Сормайт № 1, ФБХ-6-2, УС-25, сталинит, ПС-4, ПС-5, ПС-6 с хорошими наплавочными свойствами и высокой износостойкостью.

Индукционная наплавка в основном применяется при восстановлении быстроизнашивающихся деталей почвообрабатывающих и землеройных машин -- лемехов, плугов, лап культиваторов, ножей плоскорезов и щелерезов, ножей бульдозеров, полевых досок и других. Для этой цели используют порошки перечисленных сплавов с флюсом. Флюсы должны быть с большой скоростью раскисления наплавляемого металла, улучшать теплоотдачу от основного металла к шихте и предотвращать взаимодействие жидкой ванны с окружающей средой. Применяют плавленые флюсы (60 % борной кислоты, 34 технической буры, 6 силикокальция или 59 борного ангидрида, 30 технической буры и 11 % силикокальция).

Оборудование. Для индукционной наплавки широкое распространение получили ламповые генераторы ЛЗ-67, Л3-107, ЛЗ-167 с рабочей частотой 200. .. 250 кГц, Выбор установки ТВЧ при индукционной наплавке зависит от толщины наплавляемого слоя, требуемой площади наплавки и глубины проникновения индуктируемого тока в деталь.

ПЛАЗМЕННАЯ НАПЛАВКА И СВАРКА

Плазменная наплавка характеризуется следующим. Столб электрической дуги принудительно охлаждается и сжимается газом, за счет чего достигается высокая концентрация энергии плазменной дуги. Присадочный материал, попадая в область дуги, расплавляется и переносится ею на поверхность детали с высокой скоростью, за счет чего и образуется высокопрочное покрытие.

При плазменной наплавке используют горелки различных конструкций с применением присадочного материала в виде проволоки, ленты или порошка.

1.2 Выбор рациональных способов восстановления

При ремонте изношенной шейки оси под шарикоподшипник целесообразнее применить осталивание поверхности. Этот способ наиболее дешевый и простой в выполнении.

При осталивании отсутствует термическое воздействие на деталь, толщина наращиваемого слоя получается с большей точностью, возможно осаждение покрытий с заданными непостоянными по толщине физико-механическими свойствами, одновременное восстановление большого количества деталей, автоматизировать процесс восстановления.

При ремонте поврежденной резьбы М32Ч2 целесообразнее применить способ наплавки в среде углекислого газа, также из-за небольшого диаметра резьбы.

Перед проведением наплавки и после ее проводят механическую обработку, после чего проводят нарезание резьбы.

восстановление деталь подшипник резьба наплавка

2. Расчет режимов

2.1 Расчет режима осталивания

Износ поверхности шейки оси под шарикоподшипник 7909К.- для чего применим способ восстановления - осталивание.

1) Сила тока ( I )

I = Д_к Ч F_к;

где: Д_к - катодная плотность тока, которая определяется условиями работы детали, видом покрытия, температурой и концентрацией электрода.

F_к - площадь покрываемой поверхности, дм³

при осталивании Д_к = 30 ^А/_дм²,

Для подшипника 7909К

F_к =

Где: L - длина шейки под подшипник. L = 30 мм.

F_к=

2) Норма времени (Т_н)

Т_н =

где t₀ - продолжительность электролитического осаждения металлов в ванне, ч.

t₁ - время на загрузку и выгрузку деталей, ч.

t₁ = 0,1…0,2 ч.

К_пз - коэффициент, учитывающий дополнительное подготовительно-заключительное время (при работе в одну смену К_пз = 1,1…1,2).

n_d - число деталей, одновременно наращиваемых в ванне, шт.

n_н - коэффициент использования ванны.

n_н = 0,8…0,95

Время выдержки детали

t₀ =

где: h - толщина наращивания, мм.0,3

г - плотность осаждённого металла, г = 7,8 (при осталивании)

С - электрохимический эквивалент, С = 1,042 (при осталивании)

Ю_е - выход металла по току, Ю_е=30…95% (при осталивании)

Порядок проведения технологического процесса осталивания.

а) Очистка оси от грязи, масла, коррозии в моющих растворах.

б) Механическая обработка для устранения неравномерности износа.

в) Промывка органическими растворителями.

г) Изоляция мест, не подлежащих покрытию, для сохранения геометрии этих мест и сохранения потерь электроэнергии и металла.

д) Монтаж деталей в приспособления для установки в ванну.

е) Химическое обезжиривание - протирание поверхности детали кашицей из венской извести или отходами карбида кальция.

ж) Электрохимическое обезжиривание для черных и цветных сплавов и металлов:

Примечание: предусматривать после каждой операции промывку в дистиллированной воде.

з) Установка детали в ванну для осталивания.

и) Электрохимическое травление в электролите с содержанием 365 ^г/_л серной кислоты и 10…20 ^г/_л сернокислого железа ( F_e SO₄+7H₂O ), температура процесса 18…25 ^оС.

к) Осталивание.

л) Промывка в ванне.

м) Механическая обработка (точение и шлифование), для задания требуемых размеров.

2.2 Расчет режима - наплавка в среде углекислого газа

Износ поверхности резьбы под гайку М32Ч2, для чего применяем способ восстановления - наплавка в среде углекислого газа.

Таблица 1

Режимы наплавки в среде углекислого газа.

Диаметр детали, мм.	Диаметр проволоки, мм.	Iсв, А	U, В
от 10…20	0,8…1,0	70…95	18…19
от 20…30	0,8…1,0	90…120	18…19
от 30…40	0,8…1,0	110…140	18…19
от 40…50	1,0…1,2	130…160	18…19
от 50…60	1,2…1,4	140…175	19…20
от 70…90	1,4…1,6	170…195	20…21
от 90…120	1,6…2,0	195…225	21…22

1) На основании таблицы 1 находим: диаметр проволоки, силу тока и напряжение.

2) Скорость наплавки (V_н)

Частота вращения детали ( n ), мин ^{- 1}

n =

Скорость подачи проволоки (V_пр)

Шаг наплавки (S)

Вылет электрода (д)

Смещение электрода

где:

б_н - коэффициент наплавки, б_н = 10…12 ^гр/_Ач

г - плотность электродной проволоки. ^гр/_см² г = 7,85 ^гр/_см²

d_пр - диаметр проволки, мм. d_пр = 1,0 мм

I - сила тока, А

Толщина наплавки h, мм

где: u - износ детали, мм u = 0,8…1,0мм.

z₁ - припуск на обработку перед наплавкой, мм. z₁ = 0,1…0,3 (на сторону)

z₂ - припуск на механическую обработку после нанесения покрытия. мм.

z₂ = 0,6…0,8 мм.

n =

3) Ток постоянный, полярность обратная («+» на электроде), вылет электрода 8…15 мм, расход углекислого газа 8…15 ^л/_мин

4) Наплавка осуществляется проволкой СВ - 18ХГСА

Твёрдость после закалки 50 НRС

5) Для наплавки в среде защитных газов применяют полуавтоматы: ПГШ - 2М; преобразователи ПСП - 350, ПСГ - 500; головка ОКС - 125М, источники тока ВС - 300, ВС - 600, ВДГ - 301.

6) Норма времени на выполнение наплавочных работ складывается из следующих элементов затрат времени.

где: Т₀ - основное время.

где: = длина наплавляемой поверхности детали, мм

n - количество наплавляемых деталей в партии.

Т_доп - дополнительное время

;

Т_вс = 2…4 мин

Т_пз - подготовительно-заключительное время.

Т_пз = 16…20 мин

К - коэффициент, учитывающий долю дополнительного времени от основного и вспомогательного.

К = 10…14 %

Т_опер - оперативное время.

2.3 Определение режимов резанья при точении

1) Глубина резания

где: Д - диаметр детали до обработки, мм 32

d - диаметр детали после обработки, мм 26

2) Подача S при обработке стали, S = 0.15…0,6 - для чистовой обработки.

3) Скорость резания.

где: Д - диаметр обрабатываемой детали, мм

n - частота вращения детали, n=900 мин ^-1

4) Определение объёма Q срезаемого материала.



5) Основное время.

где: L - длина обрабатываемой поверхности, мм

I - число проходов.

2.4 Определение режимов шлифования для поверхности под подшипник

1) Скорость резания

где: D_к - диаметр круга, мм

n_к - частота вращения круга, мин ^-1

2) Глубина резания при шлифовании

· Черновое - 0,01…0,08 мм

· Чистовое - 0,005…0,015 мм

3) Подача.

· Черновое - ( 0,3…0,7 )В ^мм/_об

· Чистовое - ( 0,2…0,4 )В ^мм/_об

где В - ширина круга ( В = 24мм)

4) Скорость вращения детали при шлифовании.

5) Объем металла мм², срезаемый за 1 оборот обрабатываемой детали.

3. Экономическое обоснование

Стоимость восстановления деталей сопряжения в зависимости от способа ремонта определяется следующим образом.

Стоимость восстановления детали С_в;

;

где: С_п - полная себестоимость восстановления детали, руб.

Н = 1,05ЧС_п - прибыль ремонтного предприятия, руб.

Полная себестоимость восстановления детали:

где: С_пр.н - заработная плата производственных рабочих с начислениями, руб.

С_р.м - стоимость ремонтных материалов, руб.

С_оп.,С_ох.,С_в.п., - соответственно общепроизводственные, общехозяйственные и внепроизводственные накладные расходы, руб. Заработная плата складывается из основной С_пр., дополнительной С_доп. И начислений по социальному страхованию - С_соц.

Основная заработная плата, руб.

где: Т_шт - штучно калькуляционное время, ч

С_ч - ставка рабочих начисленная по среднему разряду, ^руб/_ч.

К_д - коэффициент, учитываюший доплаты к основной заработной плате, равный 1,025…1,030.

Значение Т_шт находим:

где: Т_п.з - подготовительно - заключительное время, определяется суммированием Т_п.з. по всем операциям, ч

Т_шт - штучное время, т.е полное время для выполнения всех работ (операций) технологического процесса, ч

n - число деталей в партии.

Дополнительная заработная плата производственных рабочих, руб.

Начисления по социальному страхованию, руб.

Зная проценты общепроизводственных R_оп, общехозяйственных R_ох, внепроизводственных R_вн, накладных расходов устанавливают их стоимость.

; ;

Стоимость ремонтных материалов, руб.

1) Проволока.



;

где: с - удельная плотность проволоки, с = 7,8 ^гр/_см³

S - площадь сечения проволоки;

;

где: Ц_пр - стоимость 1 кг проволоки, Ц_пр = 30 руб.

2) Дистиллированная вода.

Расход воды составил 2,5 л. Стоимость 1 литра воды = 10 руб.

3) Расход изоленты составил - 20 руб.

4) Углекислый газ.

Примерный расход составил - 20 л. Стоимость 1 л. газа = 3 руб.

Стоимость расходных материалов С_р.м. = 97 руб.

Заключение

В данной курсовой работе мы выбрали рациональные способы восстановления детали (ось), такие как: осталивание под подшипник и наплавка в среде углекислого газа для резьбы М32Ч2. Рассчитали режимы наплавки данных мест износа.

Литература

1. Бабусенко С.М., Степанов В.А. Современные способы ремонта машин., М.; Колос, 1977 г.

2. Балабанов А.Н. Краткий справочник технолога машиностроителя. М.; Издательство стандартов, 1992 г.

3. Фешенко В.Н. и др. Токарная обработка, М.; 1997 г.

4. Черноиванов В.И., Андреев В.П. Восстановление деталей с/х машин. М.; Колос, 1983 г.

Размещено на Allbest.ru