ref-18824 (Проект восстановления коленчатого вала ЗИЛ 130 с применением ультразвукового упрочнения), страница 4

2-кратность приложения силы при деформировании инструментом поверхности в 400 раз более (при ОШ 12-20 раз);

3-статическая сила, действующая на деталь, незначительна;

4-скорость деформации — переменная, её максимальное значение 200 м/мин и более, что превышает скорость деформирования при ОШ в десятки и сотни раз;

5-среднее давление, создаваемое в поверхностном слое детали под действием нормально направленной силы, в 3-9 раз больше, чем при ОШ;

6- энергия, расходуемая на искажение кристаллической решётки и идущая на внутренние микроструктурные преобразования, при УЗУ значительно выше, чем при0Ш;

7-температура места контакта инструмента с деталью в зоне деформирования 100-150⁰С, что в 3-5 раз меньше, чем при ОШ, а время нагрева при УЗУ очень мало (3 х 10-5 сек), поэтому не наблюдается снижения упрочнения, вызываемого действием высокой температуры;

8-в процессе УЗУ вследствие относительно больших напряжений и многократного приложения нагрузки напряжённо-деформированное состояние специфично.

Множественное скольжение дополнительно тормозит дислокацию. Плотность дислокаций намного больше, чем при ОШ. В результате степень наклёпа повышается в 1,2-1,5 раза и соответственно увеличивается уровень остаточных сжимающих напряжений.

Применение УЗУ по сравнению с ОШ может быть эффективно в следующих случаях:

1-для деталей термически и химико-термически обработанных сталей У10А, У12, Х40, ШХ 15, сталей аустенитной структуры 12Х18Н9Т и др., где применение других методов не позволяет получить значительный упрочняющий эффект;

2-для деталей и инструментов из твердых сплавов;

3-для деталей малой и неравномерной жёсткости, так же УЗУ характеризуется небольшой статической силой и временем деформирования.

К параметрам режима У относится: статическая сила Рст, амплитуда А колебаний инструмента, радиус его округления Г, частота колебаний f, эффективная масса инструмента М, продольная подача S, число рабочих ходов i, скорость обработки детали V.

Основные параметры упрочнения лежат в следующих пределах: частота ультразвуковых колебаний f = 2 х 10⁴ амплитуда 2А = 10…20 мкм, статическая сила Рст = 30...300Н, время контактирования инструмента с деталью r = 3х10^-5 с, отношение тангенциальной силы к нормальной Рm/PN = 0,7, скорость колебательного движения инструмента

V₁ = 2Пf >400 (1.)

Примером эффективного применения УЗУ может служить упрочнение предварительно шлифованных рабочих поверхностей эвольвентного зуба зубчатых колёс из стали 45 (m = 1,5 мм; Z = 30). В результате УЗУ с оптимальным режимом (Рст = 50Н, 2А = 20 мкм, S = 0,1 мм/об, i = 1) Ra уменьшился с 0,4 мкм до 0,1 мкм, т.е. в 4 раза.

Микротвердость поверхностного слоя повысилась с НВ208 до НВ357 (на 71 %) и соответственно, повысился предел контактной выносливости на 10-20 % [4].

Проведённые сравнительные исследования качества поверхностного слоя наплавленных деталей (коленчатые валы двигателя ЗИЛ-130) после шлифования без ультразвука и выглаживания с УЗУ на рациональных режимах показали, что наибольший эффект получен на деталях после УЗУ. При этом твёрдость увеличилась до 30 % , толщина упрочнения составляет 0,6-0,8 мм, микротвердость увеличилась до 50 %, шероховатость уменьшилась с 1,63 до 0,2 мкм и образуется особый микрорегулярный ячеистый рельеф на поверхности [5].

Важным преимуществом УЗУ является также образование в поверхностном слое наплавленных деталей остаточных напряжений сжатия значительной силы (осевых Sz = 150...1бО Па 10⁷, тангенциальных Рm = 120...130 Па 10⁷). Уменьшение разброса твёрдости на поверхности наплавленного металла свидетельствует об образовании более однородной структуры [5].

Рациональным по качественным и эксплуатационным показателям наплавленных деталей является такой режим, при котором двойная амплитуда УЗК равняется 2А = 30...50 мкм, статическое усилие прижима инструмента и детали Рст = 400...600 Н, скорость вращения детали Vg = 0,33.. 0,99 м/с и продольная подача инструмента Sпр = 0,120,15 м/об.

Сравнительные лабораторные испытания на износостойкость наплавленных и упрочнённых ультразвуковым выглаживающим инструментом образцов, вырезанных из натуральных шеек коленчатых валов, показали их меньший приработочный износ по сравнению с не упрочнённым, примерно в 7 раз, а по сравнению с образцами не наплавленными (контрольными) из стали 45, закалённой ТВЧ, примерно в 4,7 раза.

Стендовые и эксплуатационные испытания коленчатых валов двигателя ЗИЛ-130 восстановленных наплавкой и упрочненных ультразвуковым инструментом, показали, что поломок их по причине усталости не обнаружено, а износостойкость оказалась в 2,2 раза выше по сравнению с не упрочнёнными ( на 63 % выше износостойкости новых валов) [5].

4.Выводы.

1.Анализ способов восстановления коленчатого вала двигателя ЗИЛ- 130 с учетом последующего использования методов ППД показал, что наиболее приемлемым и эффективным с точки зрения экономических, технологических и других факторов является наплавка под слоем флюса.

2.Анализ способов ППД показал, что наиболее прогрессивным является УЗУ, как способ, отвечающий высоким технологическим характеристикам упрочнённой поверхности (Ra, HRC и т.п.).

5.Рачет объема работ.

Выбор программы восстановления коленчатого вала двигателя ЗИЛ- 130:

На период 2004 г. предприятием запланировано произвести ремонт 150 двигателей ЗИЛ - 130 и столько же восстановит коленчатых валов данного двигателя. С учетом того, что парк машин в нашем регионе растет, и ремонт на других предприятиях сокращается, можно остановится на программе восстановления коленчатых валов – 300 шт. в месяц. Планирование на год затруднено, т.к. экономика ориентированна на свободные рыночные отношения и вся работа предприятия зависит от количества заказов и качества восстановленных деталей.

5.1.Режим работы и фонды времени.

Режим работы участка планируется в одну смену. Рабочая неделя устанавливается пятидневной, продолжительность рабочей смены – 8 часов.

Планируемый период работы участка по восстановлению коленчатых валов двигателя ЗИЛ -130 составляет один месяц. Все остальное время участок специализируется на восстановлении коленчатых валов различных марок автомобилей, в том числе и иностранного производства.

Фонды времени подразделяют на номинальные и действительные. Номинальным фондом называется время, которое может быть отработано за планируемый период на рабочем месте без учета каких бы то ни было потерь, то есть календарно [6,11].

Фн = (Дк-Дп-Дв)·t_c·у, где (2)

Дк, Дп, Дв – количество дней календарных, праздничных, выходных соответственно.

Дк = 31, Дп = 1, Дв = 10;

t_c = 8 часов – время смены;

у = 1 – количество смен.

Фн = (31- 11)·8 = 160 час.

Действительный фонд рабочего времени работы оборудования:

Фдо = Фн· η_о, где (3)

η_о – коэффициент, учитывающий простой оборудования (0,95)

Фдо = 160·0,95 = 152 час.

5.2.Такт производства.

Для ритмичной работы участка нужно согласовать работу на всех рабочих местах во времени. Для этого устанавливается единый для всех рабочих мест такт производства:

τ=Фдо/N=152ч./300к.в.=0,5ч/к.в (4)

6.Проектирование технологического процесса восстановления

коленчатого вала ЗИЛ-130.

Технический процесс проектируем применительно к абразивно-электрохимическому шлифованию, опираясь при этом на технологию ВНПО «Ремдеталь» [7,8].

Используем операции, связанные только с восстановлением шатунных и коренных шеек, т.е. частичное восстановление. Это связанно с тем, что на проектируемый участок поступают только коленчатые валы с дефектами коренных и шатунных шеек. С другими неисправностями коленчатые валы не принимаются.

6.1.Разработка маршрутной технологии.

1.Очистная.

2.Дефектовачная.

3.Разборочно-очистительная.

4.Термическая.

5.Очистная.

6.Контрольная.

7.Шлифовальная (для Ш.Ш.).

8.Шлифовальная (для К.Ш.).

9.Герметизирующая.

10.Наплавочная.

11.Термическая.

12.Правильная.

13.Герметизирующая (для К.Ш.).

14.Наплавочная (для К.Ш.).

15.Шлифовальная черновая (для 1^ой и5^ой К.Ш.).

16.Шлифовальная черновая (для Ш.Ш.).

17.Шлифовальная черновая (для К.Ш.).

18.Сверлильная.

19.Шлифовальная чистовая (для Ш.Ш.)

20.УЗУ (АЗХШ).

21.Шлифовальная чистовая (для К.Ш.).

22.УЗУ (АЗХШ).

23.Сборочная.

24.Балансировочная.

25.Разборочная.

26.Очистная.

27.Сборочная.

28.Контрольная.

1. Очистная.

Очистить вал и промыть его в растворе моющего средства МС-8 концентрации 20 г/л и температурой 75-80 ⁰ С.

Наличие смолистых отложений, загрязнения и смазки на поверхности вала не допускаются.

Машина для очистки ОМ-5288 [14].

Разряд работы-2. Трудоемкость-4,5 мин [10].

2.Дефектовочная.

Провести тщательный визуальный осмотр. Определить геометрические параметры вала – измерить инструментом.

Определить трещины магнитным дефектоскопом МД-50 [14].

Режимы: ток намагничивания 1500 А, метод намагничивания – циркулярный, характер тока – мгновенный.

Условия: трещины более 5 мм не допускаются.

Разряд работ-4. Трудоемкость-8,5 мин [10].

3.Разборочно-очистная.

Вывернуть пробки, не выворачиваемые пробки удалить.

Прочистить масляные каналы и полости.

Оборудование: приспособление 70-7362-1518.

Станок радиально-сверлильный 2N155 [14,13].

Разряд работ-2. Трудоемкость-6,5 [10].

4.Термическая.

Поместить вал в печь при температуре 400-450⁰С и выдерживать в течение 30 минут.

Электропечь шахтная СШО 10.10/10 [14].

5.Очистная.

Очистить и промыть вал в растворе средства Лябомид-203 концентрацией 20 г/л и температурой 75-80 ⁰ С.

Разряд-2. Трудоемкость-5 мин [10].

6.Контрольно – дефектовочная (см. операцию 2.).

7.Шлифовальная, подготовительная (для Ш.Ш.).

Шлифовать под наплавку до Ø 63,6_-0,1м.м. последовательно 1^ю,2^ю,3^ю,4^ю шат. Шейки на длину 57,6 м.м., обеспечив шероховатость поверхности Ra 2 мкм.

Оборудование: станок круглошлифовальный 3В423 [14].

Приспособления и инструмент: круг шлифовальный – ПП 900х50х305 15А 50 – ПСМ 17К5 35 м/с. 1 кл. А ГОСТ 2424-83.

Разряд работ – 3. Трудоемкость – 12 мин [10].

8.Шлифовальная, подготовительная (для К.Ш.).

Шлифовать под наплавку, обеспечив шероховатость поверхности Ra 2 мкм. 1^ю К.Ш. Ø72,6 мм. На длину 32 мм. Со 2^ю на 5^ю до Ø72,6_-0.1мм на длину соответственно 28,5^+0,5 мм, 28,5^+0,5 мм, 28,5^+0,5 мм, 42,5^+0,5 мм [7].

Оборудование: станок круглошлифовальный 3В423 [14].

Приспособления и инструмент: круг шлифовальный – ПП 900х50х305 15А 50 – ПСМ 17К5 35 м/с. 1 кл. А ГОСТ 2424-83.

Разряд работ – 3. Трудоемкость – 16 мин [10].

9.Герметизирующая (для Ш.Ш.).

Заглушить отверстия масляных каналов на Ш.Ш. стержнями из графита ГП-1.

Трудоемкость – 1 мин [10].

10.Наплавочная (для Ш.Ш.).

Наплавить последовательно 1^ю,2^ю,3^ю,4^ю шат. шейки до Ø6 мм. Проволокой Нп – 30хГСА под флюсом Ан-348 в следующем режиме [8]:

• частота вращения вала, мин^-1 2,5

• подача головки, мм/об. 4,6

• подача проволоки, м/мин 1,4-1,6

• смещение электрода, м/мин 8-10

• вылет электрода, мм. 10-12

• сила тока, А 180-200

• напряжение, В 25-30

Оборудование: установка ОКС – 5523 ГОСНИТИ [14].

Разряд работы – 3. Трудоемкость – 26 мин.

11.Термическая (см.операцию 4)

12.Правильная.

Править вал, выдерживая допуск радиального биения средних К.Ш. относительно оси центров – 0,3 м.м.

Оборудование: пресс 6328 [13].

Приспособление: 70-7855-1508.

Разряд работ – 2. Трудоемкость – 5 мин [10].

13.Герметизирующая (для К.Ш.) (см. операцию 9).

14.Наплавочная (для К.Ш.).

Наплавить последовательно 1^ю,5^ю,2^ю,4^ю, 3^ю к шейки до Ø78^+0,5 мм проволокой Нп-30хГСА под флюсом Ан-348 в следующем режиме [8,9]:

• частота вращения вала, мин^-1 2-2,5

• подача головки, мм/об. 4,6

• подача проволоки, м/мин 1,2-1,6

• смещение электрода, м/мин 8-12

• вылет электрода, мм. 8-10

• сила тока, А 240-260

• напряжение, В 24-26

Оборудование: установка ОКС – 5523 ГОСНИТИ [13].

Разряд работы – 3. Трудоемкость – 28 мин [10].

15.Шлифовальная черновая (для 1^й и 2^й К.Ш.).

Шлифовать после наплавки 1^ю коренную шейку до Ø75,2_-0,1 мм. от ее торца и до упорного бурта, 5^ю на длине 43^+0,5 мм., обеспечивая чистоту Ra 1,6 мкм.

Оборудование: станок круглошлифовальный 3В423 [7,8,9].

Приспособления и инструмент: круг шлифовальный – ПП 900х50х305 15А 50 – ПСМ 17К5 35 м/с. 1 кл. А ГОСТ 2424-83.

Разряд работ – 3. Трудоемкость – 10 мин [10].

16.Шлифовальная черновая (для Ш.Ш.).

Шлифовать до Ø66,1_-0,1 мм. последовательно 1^ю,2^ю,3^ю,4^ю шатунные шейки на длине 75^+0,2 мм, выдержав радиус кривошипов 47,5+0,1 мм, обеспечив Ra 1,6 мкм.

Оборудование: станок круглошлифовальный 3В423 [13].

Приспособления и инструмент: круг шлифовальный – ПП 900х50х305 15А 50 – ПСМ 17К5 35 м/с. 1 кл. А ГОСТ 2424-83.

Разряд работ – 3. Трудоемкость – 27 мин [10].

17. Шлифовальная черновая (для К.Ш.).