Разработка технологического процесса упрочнения кулачка главного вала с использованием лазерного излучения (стр. 7 из 16)
- мартенсит – тростит;
- мартенсит и тростичня сетка;
- тростично – ферритная сетка;
- феррит.
При лазерном борировании используем СО2 – лазер с обрабатывающеё головкой (линзой). Поверхностная обработка осуществляется расфокусированным пучком – двойной переход с перекрывающимися краями. Обработку ведём с помощью сконструированного нами приспособления методом копирования.
3.2. Испытание материала на износ
Испытание материала – сталь 40Х (ГОСТ 1050-88) проводим на машине СМЦ – 2. Машина предназначена для испытания материалов на износ и определения их антифрикционных свойств при трении скольжения и трении качения, при нормальных температурах с парами образцов диск - диск, диск – колодка и втулка – вал.
Машина модели СМЦ состоит из следующих узлов:
1) Каретка – предназначена для проведения испытаний без смазки и СО-смазкой с образцами:
- диск по диску при трении качения с проскальзыванием;
- диск- колодка при трении скольжения.
2) Механизм нагружения предназначен для установки образца и приложения нагрузки.
3) Бабка нижнего образца предназначена для установки образца в каретку.
4) Датчик для измерения крутящего момента (момента трения) на машине. Бесконтактный индуктивный датчик состоит из двух частей вращения ротора и статора (неподвижного).
5) Привод электромеханический со ступенчатым регулированием скоростей.
6) Пульт управления – выполняется отдельным узлом, который можно устанавливать отдельно.
Машина СМЦ может работать по двум схемам:
1) С замкнутым кинематическим контуром при фиксированном значении коэффициента проскальзывания образцов в паре трения диск по диску.
2) С открытым кинематическим контуром, когда один из образцов неподвижен, в частности, по схеме вал – втулка.
Принцип работы в обоих случаях заключается в том, что образцы получают относительное движение при заданной нагрузке. При этом они изнашиваются, а момент трения на валу нижнего образца измеряется и записывается. Машина не обеспечивает непосредственное измерение износа в процессе испытания.
В нашем случае испытания будем проводить с круглыми образцами «диск по диску» без смазки.
Устанавливают верхний и нижний образцы. Нижний образец устанавливают на валу, верхний устанавливают и крепят на другом при оттянутой в рабочее положение каретке. Затяжка образцов должна быть достаточной, чтобы не было проскальзывания при работе.
После установки образцов каретку опускают до их соприкосновения . Одевают нагрузочную скобу на кронштейн.
3.3 Исследование износостойкости покрытия
Образцы подвергались испытанию в течение часа при нагрузке 750 Н, совершая при этом 30 000 оборотов. Материалом для рабочего тела служила сталь ШХ-15, твёрдостью 62...64 НRcэ.
Для проверки процесса изнашивания при внешнем трении применяют величину, называемой интегральной массовой интенсивностью изнашивания.
Dm- уменьшение массы деталей вследствие изнашивания поверхности;
α – путь трения, на котором произошёл износ;
Аа – номинальная плоскость изнашивания, площадь контакта.
В свою очередь: α = Пdn; Аа = 0,1 (м2); где d = 38 мм; n = 30 000 об; S = 10-5 м2.
Проверим образцы из стали 40Х с разной термообработкой на износостойкость:
1) Сталь марки 40Х закалка + высокий отпуск
Dm = 0,212 гр = 0,212 * 10-3 кг;
α = Пdn = 3,14 * 38 * 10-3 * 30 000 = 3579,6 м;
Аа = 0,1 * S = 0,1 * 10 * 10-3 * 10-3 = 10-6 м
отсюда J1 = 0,212 * 10-3 / 3579,6 * 10-6 = 0,059 кг/м3
2) Закалка + низкий отпуск
Dm = 0,102 * 10-3 кг;
J2 = 0,0285 кг/м3
3) Закалка + высокий отпуск + лазерное борирование
Dm = 0,057 * 10-3 кг;
J3 = 0,016 кг/м3
4) Закалка + низкий отпуск + лазерное борирование
Dm = 0,023 * 10-3 кг;
J4 = 0,0064 кг/м3
Результаты исследований изобразим графически на схеме износостойкости покрытий и занесём в таблицу 3.1:
Таблица 3.1. Износостойкость покрытия
| № п.п | Термообработка стали 40Х | Масса изношенной поверхности Dm * 10-3 кг | Интенсивность износа Jg, кг/м3 |
| 1 | Закалка + высокий отпуск | 0,212 | 0,059 |
| 2 | Закалка + низкий отпуск | 0,102 | 0,0285 |
| 3 | Закалка + высокий отпуск + лазерное борирование | 0,057 | 0,016 |
| 4 | Закалка + низкий отпуск + лазерное борирование | 0,023 | 0,0064 |
Вывод
После проверки образцов из стали 40Х с разной термообработкой на износостойкость, получили максимальный результат при закалке с низким отпуском и лазерном борировании, где интенсивность износа составляет Jg = 0,0064 кг/м3.
Эффективность производства, его технический прогресс, качество выпускаемой продукции во многом зависят от опережающего развития производства нового оборудования, машин, станков, аппаратов, от всемирного внедрения методов технико-экономического развития и анализа, обеспечивающих решение технических вопросов и экономическую эффективность технологических разработок.
Ускорение НТП в машиностроении требует скорейшего внедрения новых методов упрочнения рабочих поверхностей инструмента, технологической оснастки, деталей и механизмов, работающих с большими нагрузками.
Необходим постоянный научный поиск новых и доработка и усовершенствование уже испытанных методов нанесения защитных и упрочняющих покрытий, которые при незначительно увеличивающейся стоимости инструмента, приспособления и т.д., дают немалый экономический эффект, вследствие многократного увеличения срока службы.
4.1. Анализ технологичности конструкции детали «Кулачёк»
Технологическиё анализ конструкции детали обеспечивает улучшение технико-экономических показателей разрабатываемого технологического процесса.
Основные задачи, решаемые при анализе технологичности конструкции обрабатываемой детали сводятся к возможному уменьшению трудоёмкости и металлоёмкости, возможности обработки высокопроизводительными методами, что позволяет снизить себестоимость её изготовления без ущерба для служебного назначения.
Качественные оценки технологичности конструкции:
1) Форма, точность размеров и шероховатость поверхности, с точки зрения выбора метода получения заготовки и назначения поверхностей, подлежащих обработке резанием.
Используя штампованную заготовку, форма которой будет приближена к форме готовой детали, можно увеличить коэффициент использования металла.
2) Форма, точность размеров и шероховатость поверхности, подлежащих обработке резанием, с точки зрения возможности применения простых и производительных схем обработки.
Кулачок по наружному профилю имеет сложную конструкцию. Поэтому необходимо применение специальных станков: копировально – фрезерного или фрезерного станка с числовым программным управлением.
3) Целесообразность термической обработки для получения требуемых прочностных характеристик детали.
Деталь в процессе эксплуатации работает на истирание по профилю и внутреннему диаметру Æ 60Н7, по этому рабочие поверхности можно подвергнуть цементации с последующей закалкой 57 .. 63 HRC ТВЧ.
Определение типа производства
Годовая производственная программа N= 1000 штук в год, масса детали составляет 2,7 кг. Согласно рекомендациям [11] устанавливаем серийный тип производства.
В таком производстве изготовление деталей осуществляется партиями, запускаемыми в производство одновременно. Это обеспечивает повторяемость операций и возможность широкого использования специализированного и специального оборудования, оснастки.
Величина партии деталей определяется
,где t – число дней, на которые необходимо иметь запас деталей на складе при 5 – дневной 2-х сменной рабочей недели для обеспечения непрерывной сборки;
- число рабочих дней в году.t = 8 – 10 дней [11]
= 253 дня [11] 
,Выбор способа получения заготовки. Для условий серийного производства выбираем в качестве заготовки штамповку на горизонтально кованой машине II класса точности. [1]
Рассчитаем массу заготовки
mз = γ * vз, где
γ = 7,814 г/см3 – плотность металла [7]
vз – Объём заготовки, см3
vз = 3,14 * 8,02 * 2,6 + 3,14 * 6,052 * 0,6 – 3,14 * 2,82 *3,2 = 512,7 см3
mз = γ * vз = 7,8 * 512,7 = 3998 гр = 3,998 кг
Коэффициент использования металла
Ким = mд / mз = 2,7 / 3,998 = 0,675
Себестоимость заготовки
Sзаг = (С / 1000 * mз * Кт * Кс * Кв * Км * Кп) – (mз - mд) * Sотк / 1000, руб [5]
Ci = 18900 руб/т стоимость 1 т заготовки [5]
Sотх = 1788 руб/т стоимость 1 т отходов
Кт, Кс, Кв, Км, Кп – коэффициенты, зависящие от класса точности, группы сложности, массы, марки материала и объёма производства заготовки.
Кт = 1; Кс = 0,87; Кв = 1,14; Км = 1,18; Кп = 1
Рис. 4.1 Эскиз штамповки