Проектирование технологических процессов восстановления деталей транспортных и технологических машин

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ 

МОСКОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСТИТЕТ ЛЕСА 
 
 
 
 
 

     Кафедра: Технология машиностроения и ремонта 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА 

по дисциплине: Техническая эксплуатация и ремонт машин и оборудования лесного комплекса 

на тему: Проектирование технологических процессов восстановления деталей транспортных и технологических машин 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил  студент: Макаров А.А. 

                                                        Руководитель : Прохоров В.Ю.  
 
 
 
 
 

Москва 2010 

Содержание

1. Выбор способа устранения дефекта детали.

1. Обоснование необходимости восстановления детали
2. Характеристика детали, в том числе условия ее работы, 
   основные дефекты.
3. Выбор рационального способа устранения дефектов детали.
4. Расчет толщины наносимого покрытия.
2. Технологические расчеты при проектировании процессов восстановления детали.

2.1. Расчет параметров и выбор  режимов нанесения покрытий.

2.2. Расчет параметров и выбор  режимов механической обработки покрытий.

3. Выбор оборудования, оснастки и материалов для восстановления детали.

1. Выбор оборудования и оснастки.

2. Выбор материалов.
3. Определение расхода материалов.

4. Определение норм времени выполнения операций восстановления детали.

1. Нанесение покрытий.
2. Механическая обработка покрытий.

5. Технологическая документация процесса восстановления детали (дать перечень документации).

6. Определение затрат на восстановление детали.
7. Техника безопасности работ при восстановлении детали.

1. Выбор способа восстановления детали

1.1. обоснование необходимости  восстановления детали 

     Изнашивание сопряженных деталей приводит к  изменению их размеров и нарушению заданных посадок (зазоров, натягов). Восстановление посадок — основная задача при ремонте машин и оборудования. Способы восстановления посадок можно разделить на три группы: без изменения размеров деталей, с изменением размеров деталей, восстановлением размеров сопряженных деталей.

  Восстанавливать посадку без изменения размеров деталей можно регулировкой зазора (постановкой или удалением прокладок  и др.), заменой детали новой или установкой ее в другое положение так, чтобы в соединении оказалась неизношенная сторона. Это самые простые способы, при которых восстанавливается лишь работоспособность соединений, а межремонтный ресурс не восстанавливается¹. Поэтому их применяют обычно при техническом обслуживании и текущем ремонте.

  Восстановление  посадок с изменением размеров деталей  осуществляют двумя способами: ремонтных  размеров и дополнительных деталей.

  Сущность  способа ремортных размеров заключается в том, что одну из сопрягаемых деталей, как правило, наиболее ценную и сложную, обрабатывают на станке до определенного размера, а другую — изготовляют или восстанавливают (наращивают) под этот размер. При этом изменяется номинальный размер соединения, но восстанавливаются его посадка и ресурс. Этот метод широко применяют в силу его простоты и доступности. Его недостатки — увеличение номенклатуры  запасных  частей и нарушение взаимозаменяемости  (если применяют нестандартные ремонтные размеры, когда заводы-изготовители не выпускают деталей ремонтных размеров). Часто этот способ приводит к снижению ресурса соединения из-за уменьшения твердости поверхности детали и других причин.

  Так восстанавливают, например, посадки  некоторых соединений кривошипно-шатунного  механизма. Шейки коленчатого вала шлифуют до ремонтного размера и соединяют с вкладышами того же ремонтного размера. Гильзы цилиндров растачивают и хонингуют до увеличенного (ремонтного) размера и соединяют с поршнями и кольцами соответствующего размера.

  Межремонтный ресурс — это наработка от одного капитального ремонта до другого.

  Сущность  способа постановки дополнительных деталей заключается в том, что изношенную поверхность детали обрабатывают и устанавливают на нее с натягом специально изготовленную дополнительную деталь, которая компенсирует износ поверхности. Часто дополнительную деталь крепят сваркой, винтами и штифтами, постановкой на клей. После закрепления ее обычно обрабатывают до нужного размера. Таким способом восстанавливают, например, посадочные отверстия под подшипники в корпусных деталях. Этот метод восстановления посадок прост, обеспечивает хорошее качество ремонта, но материалоемок и трудоемок.

  При ремонте посадок восстановлением  сопряженных деталей диаметры изношенных валов увеличивают, а отверстий уменьшают нанесением какого-либо покрытия, а затем обрабатывают их до номинальных размеров. Это самый лучший способ, так как он позволяет восстанавливать геометрию поверхностей деталей, посадку и ресурс соединения. Разработаны способы, позволяющие не только восстановить, но и увеличить ресурс (износостойкость) деталей. 
 

1.2. Характеристика детали, в том числе  условия ее работы, основные дефекты

Вал промежуточный, материал – сталь 40 ХС, твердость 240 – 280, масса 23,5 кг, габаритные размеры  – 795 * 70 * 70

Основные  дефекты валов  и способы их устранения

     При дефектации валов руководствуются  техническими требованиями. Если геометрические параметры поверхностей вала выходят  за пределы допустимых без ремонта (табл. 102), то валы поступают на восстановление 

1.3. Выбор рационального  способа устранения  дефектов детали

Восстановление  детали наплавкой

  Типы  сварки различаются способом их осуществления  — плавлением, давлением, с применением  давления и др.

  Сварка плавлением осуществляется местным сплавлением соединяемых частей. Существуют следующие ее виды в зависимости от способа нагрева: электрической дугой — дуговая; сжатой дугой — плазменная; при прохождении электрического тока через расплавленный шлак — электрошлаковая; энергией ускоренных электронов — электронно-лучевая; энергией излучения лазера — лазерная; теплотой пламени смеси газов — газовая.

Рис. I. Виды сварки плавлением

  сварка применением (рис. 2) давления и тепла от контакта свариваемых частей при прохождении электрического тока подразделяется на следующие виды: высокочастотная—с нагревом токами высокой частоты; взрывом — соударение частиц; магнитоимпульсная — соударение частиц от воздействия импульсного магнитного поля; трением — с нагревом теплотой от перемещения свариваемых частей или инструмента.

Рис. 2. Виды сварки с применением давления

  Сварка  давлением (рис. 3) осуществляется путем  пластической деформации свариваемых частей при температуре ниже температуры плавления. Различаются следующие виды: печная (кузнечная и прокатная) — с нагревом в печах или горнах, причем при кузнечной ударами молота проводится осадка, а при прокатке осуществляется пластическое деформирование в прокатных валках; газопрессовая — с нагревом теплотой пламени смеси газов, сжигаемой горелкой; диффузионная — путем взаимной диффузии атомов в поверхностные слои контактирующих частей; ультразвуковая — при воздействии ультразвуковых колебаний; холодная — значительная пластическая деформация без нагрева внешними источниками теплоты.

  В зависимости от способа выполнения сварка бывает ручная, механизированная и автоматическая. Ручная выполняется с применением инструмента, механизированная — машинами и механизмами, управляемыми человеком. Автоматическая сварка выполняется машиной, действующей по заданной программе без непосредственного участия человека.

  Наплавка  — нанесение посредством сварки плавлением слоя металла на поверхность  изделия. Классифицируют наплавку так  же, как и виды сварки (см. рис. 1).

Рис. 3. Виды сварки давлением

Дуговая сварка и наплавка

  Процесс дуговой наплавки основан на применении дуговой сварки плавящимся электродом.

  В зависимости от исполнения наплавка бывает ручная, механизированная и автоматическая. Ручные и механизированные способы применяются широко.

Ручная  сварка и наплавка покрытыми электродами

  Главные параметры режима ручной наплавки (рис. 4): сила тока и напряжение, скорость наплавки. Для получения минимальной глубины про-плавления основного металла электрод наклоняют в сторону, обратную направлению наплавки.

Массу наплавляемого  на деталь металла определяют по формуле

  g_H = a_H ∙ Jt                                                          (2.1)

где а_H- коэффициент наплавки, г/А-ч (7...14);

J - сила сварочного тока. А;

t - время плавления, ч.

  Общие потери при наплавке покрытыми электродами  с учетом потерь на угар, разбрызгивание и огарки составляют до 30%.

Рис. 4. Схема  ручной наплавки:

I - шлаковая  корка; 2 - наплавленный валик; 3 - основной  металл; 4 - электродный стержень 5 - покрытие электродного стержня; 6 - газошлаковая защита;

7 - сварочная  ванна

  Диаметр электрода при учете пространственного  положения наплавляемой поверхности (табл. 2) определяется в зависимости от толщины и формы изделия с использованием тока определенной величины. 

1.4. Расчет толщины  наносимого покрытия

    Толщина покрытия, наносимого на наружные цилиндрические поверхности определяется по формуле

, (1)

h = 0,04 / (2 + 0, 3+ 1,5) = 2,5 мм

2. Технологические расчеты при проектировании процессов

восстановления  деталей

    Процесс восстановления деталей может быть условно разделен на два этапа. На первом этапе восстанавливают геометрические размеры детали различными способами, среди которых наибольшее применение нашли способы, основанные на нанесении на изношенную поверхность покрытий. На втором этапе проводят последующую механическую обработку нанесенных покрытий.

2.1. Расчет параметров и выбор  режимов нанесения покрытий

Т а б л и ц а 1

Припуск на механическую обработку после  нанесения покрытий

Т а б  л и ц а 2 

Зависимость тока при наплавке от диаметра детали

    Основные  параметры режимов наплавки определяют по следующим формулам:

скорость  наплавки, м/ч

, (2)

V_H = (13 * 130) / (2.5 * 3.5 * 7.85) = 40 м/ч

частота вращения детали, об/мин

, (3) 

n_д = (1000 * 40) / (60 * 3,14 * 60) = 3,5 об/мин

скорость  подачи проволоки, м/ч 

, (4)

V_пр = (4 * 13 * 130) / (3,14 * 1,4² * 7,85) = 139,9 м/ч

шаг наплавки, мм / об

, (5)

S = 2.5 * 1.4 = 3.5 мм/об

вылет электрода, мм

, (6)

δ = 11 * 1.4 = 15.4 мм

смещение  электрода, мм

, (7) 

l = 0,07 * 60 = 4,2 мм

       Ориентировочные параметры режимов  наплавки под слоем флюса цилиндрических  деталей даны в табл. 8.

Т а б  л и ц а 3

Режимы  наплавки цилиндрических деталей (толщина слоя 1,0 – 1,2 мм)

    2.2.  Расчет параметров и выбор режимов механической обработки покрытий   

    Механическую  обработку восстановленных поверхностей деталей выполняют резанием резцами и шлифованием.

    Параметры режимов токарной обработки деталей  рассчитывают по следующим формулам:

частота вращения детали, об / мин

, (8)

n = (1000 * 14.2) / (3.14 * 60) = 75 об/мин

глубина резания принимается равной припуску (t  = z₂), мм (табл. 6);

скорость  резания, м/мин

, (9) 

V = 41.7 / (1.5^0.18 * 3.5^0.27 * 150^0.150) = 14.2 м/мин

Значения  коэффициентов С и показателей  степени x, y (16) принимаются в зависимости от обрабатываемого материала. Для восстановленных деталей их можно принять как и для стальных деталей соответственно 41,7; 0,18; 0,27. Значение коэффициента m принимается по данным табл. 14.

Т а б  л и ц а 4

Значение  коэффициента m при обработке восстановленных деталей

    При обработке восстановленных поверхностей шлифованием с продольной подачей глубина шлифования принимается  0,005...0,015 мм/проход для чистовой и 0,010...0,025 мм/проход для черновой обработки.

Число проходов определяется

= 1 (10)

    Продольная  подача, мм/об

 (11)

S = 35 * 150 = 1750 мм/об

    Продольная подача для чернового шлифования восстановленных поверхностей деталей диаметром менее 20 мм принимается 0,3...0,5B_к, более 20 мм – 0,6...0,7B_к. Для чистового шлифования   принимают 0,2...0,3B_к.

    Окружную  скорость детали V_д  для чернового шлифования принимают 20...80 м/мин, а для чистового – 2...5 м/мин.

    Скорость  продольного перемещения стола  , м/мин определяется по формуле

, (12)

Vст = (1750 * 3,5) / 1000 = 6 м/с 
 

3. Выбор оборудования и оснастки для восстановления детали

3.1. Выбор оборудования и оснастки

Выбор оборудования производится исходя из следующих условий:

1. оборудование должно обеспечивать формирование восстановленных поверхностей, соответствующих техническим требованиям;
2. габаритные размеры оборудования должны соответствовать габаритным размерам восстанавливаемой детали;
3. использование выбранного оборудования должно быть наиболее эффективным по сравнению с другим.

Т а б  л и ц а 5

Ведомость оборудования и оснастки для восстановления вала дуговой наплавкой

    Технические характеристики установки:

    - скорость подачи электродной  проволоки – 100 -350 м/ч;

    - сварочный ток – 500 А;

    - габаритные размеры – 1680 * 1350 * 1750 мм;

    - масса  650 кг 

    3.2.  Выбор материалов

    Для механизированной дуговой наплавки выбираем стальную наплавочную проволоку  марки СВ 08. Твердость наплавленного металла НВ – 120 – 160.  

    3.3. Выбор и определение нормы расхода материала

    По  своему назначению материалы для  восстановления деталей подразделяются на основные и вспомогательные. Выбранные  материалы – наплавочная проволока, лента, порошок, флюс, технологические газы – должны обеспечивать выполнение технических требований к восстановленной детали, изложенных на ремонтном чертеже. Современные способы восстановления деталей характеризуются разнообразием применяемых материалов. Их назначение и характеристики даны в специальной справочной и учебной литературе [1]. Марки и назначение основных материалов для дуговой сварки и наплавки и приведены в прил. 3.

    Для ручной дуговой сварки и наплавки применяются различные электроды. Марки, типы электродов и их назначение даны в прил. 3.1.

    В последние годы при восстановлении деталей в больших объемах  применяют порошковые проволоки и ленты. Марки и назначение порошковых спеченных лент даны в прил. 3.4.

    Для наплавки деталей неплавящимся электродом применяют литые прутки. Марки литых прутков и их назначение даны в прил. 3.5.

    Для дуговой наплавки применяются плавленные и керамические флюсы и их смеси. Марки флюсов и их назначение даны в прил. 3.5 и 3.6.

    Норму расхода основных и вспомогательных  материалов для восстановления деталей рассчитывают различными методами, в том числе опытно-экспериментальном и опытно-статистическим. Опытно-экспериментальный метод основан на основе замеров расхода материалов в лабораторных или производственных условиях. Опытно-статистический метод заключается в определении нормы на основе данных о фактическом расходе материалов в производственных условиях за несколько лет. На основе таких расчетов для восстановления большой номенклатуры деталей, различными способами созданы отраслевые нормативы расхода материалов. Допускается определение нормы расхода материалов по типовым технологическим процессам или литературным источникам, путем их пересчета к конкретной детали. Нормы расхода материалов сводят в таблицу.