Курсовая работа: Технологический процесс восстановления коленчатого вала ЗМЗ-53
, (3)
где N – общее число измеренных деталей.
В нашем примере
.
Протяженность одного интервала определяем по соотношению:
, (4)
где Иmax и Иmin соответственно наибольшее и наименьшее значение износов (берется из таблицы 2). Подставим значения для шатунных шеек, получим:
мм.
Протяженность интервала всегда округляют в большую сторону, тогда А=0,07 мм. Интервалы должны быть одинаковыми по величине и прилегать друг к другу без разрывов. Число интервалов и их протяженность используется для построения первой строки статистического ряда (таблица 5). Вторая строка статистического ряда представляет собой середину каждого интервала. Например, для первого интервала она составит:
мм.
где И1, И2 –износы границ интервала, мм.
Для второго интервала середина определится как:
мм.
Аналогично определяются остальные середины интервалов. Результаты сводятся в таблицу 4. Третья строка статистического ряда показывает частоту, то есть сколько деталей попадает в каждый интервал износов (исходные данные берутся из таблицы 2). При этом если на границе двух интервалов окажется несколько деталей с равным износом, то их поровну распределяют между этими интервалами. Четвертая строка статистического ряда показывает значения опытных вероятностей (частостей), которые определяются по формуле:
, (5)
где mj – опытная частота в i-ом интервале,
N – общее число замеренных деталей.
Например, 
, 
и т.д.
Таблица 5-Статистический ряд
| Показатель | Интервал, мм | ||||||
| 1,527-1,597 |
1,597 - 1,667 |
1,667 - 1,737 |
1,737 - 1,807 |
1,807 - 1,877 |
1,877 - 1,947 |
1,947 - 2,017 |
|
|
Середина интервала Исрj, мм Частота Опытная вероятность Рj |
1,562 8 0,16 |
1,632 11 0,22 |
1,702 8 0,16 |
1,772 1 0,02 |
1,842 18 0,36 |
1,912 5 0,1 |
1,982 3 0,06 |
Данные таблицы 5 используют для построения графиков, наглядно характеризующих опытное распределение случайной величины (в данном случае износов шатунных шеек): гистограммы и полигона.
Рисунок 1 Гистограмма и полигон распределения износов шатунных шеек.
Аналогично рассчитываются статистические показатели для других дефектов детали и строятся гистограммы и полигоны распределения износов.
Рассчитаем статистические показатели для шеек под шестерню.
Протяжённость одного интервала для шеек под шестерню:
мм.
Округляем в большую сторону, получим А=0,09 мм. Построим статистический ряд (таблица 6).
Таблица 6-Статистический ряд
| Показатель | Интервал, мм | ||||||
| 0,379-0,469 |
0,469 - 0,559 |
0,559 - 0,649 |
0,649 - 0,739 |
0,739 - 0,829 |
0,829 - 0,919 |
0,919 - 1,009 |
|
|
Середина интервала Исрj, мм Частота Опытная вероятность Рj |
0,424 1 0,02 |
0,514 0 0 |
0,604 15 0,3 |
0,694 27 0,54 |
0,784 3 0,06 |
0,874 7 0,14 |
0,964 3 0,06 |
По данным таблицы 6 строим гистограмму и полигон распределения износов шеек под шестерню.
.
Рисунок 2 Гистограмма и полигон распределения износов шеек под шестерню.
Рассчитаем статистические показатели для коренных шеек.
Протяжённость одного интервала для шеек под шестерню:
мм.
Округляем в большую сторону, получим А=0,14 мм.
Построим статистический ряд (таблица 7).
Таблица 7-Статистический ряд
| Показатель | Интервал, мм | ||||||
| 1,017-1,157 |
1,157 - 1,297 |
1,297 - 1,437 |
1,437 - 1,577 |
1,577 - 1,717 |
1,717 - 1,857 |
1,857 - 1,997 |
|
|
Середина интервала Исрj, мм Частота Опытная вероятность Рj |
1,087 7 0,14 |
1,227 4 0,08 |
1,367 9 0,18 |
1,507 18 0,36 |
1,647 5 0,1 |
1,787 5 0,1 |
1,927 5 0,1 |
По данным таблицы 7 строим гистограмму и полигон распределения износов шеек под шестерню.
Рисунок 3 Гистограмма и полигон распределения износов коренных шеек.
5. Выбор рационального способа восстановления детали
Как правило, изношенные поверхности деталей могут быть восстановлены несколькими способами. В каждом конкретном случае необходимо выбрать самый рациональный из них для обеспечения наилучших экономических показателей. Это зависит от конструктивно-технологических характеристик детали (формы, размера, материала, термообработки, поверхностной твердости и шероховатости), условий ее работы (характера нагрузки, рода и вида трения) и величины износа, а также стоимости восстановления.
Для учета названных факторов рекомендуется последовательно использовать три критерия:
1) технологический критерий, или критерий применимости;
2) технический критерий (критерий долговечности);
3) технико-экономический критерий (отношение себестоимости восстановления к коэффициенту долговечности).
Первый учитывает, с одной стороны, особенности поверхностей, а с другой – технологические возможности способов восстановления. После выявления возможных способов, исходя из технологических соображений, применяют технический критерий, то есть отбирают те методы, которые обеспечивают наибольший последующий межремонтный ресурс этих поверхностей. Эта оценка производится по коэффициенту долговечности КД, который в общем случае представляет собой функцию трех других коэффициентов:
КД=f (КИ КВ КСЦ), (6)
где КИ – коэффициент износостойкости,
КВ – коэффициент выносливости,
КСЦ – коэффициент сцепляемости,
f – поправочный коэффициент, учитывающий фактическую работоспособность восстановления деталей в условиях эксплуатации (f = 0,8…0,9). Для количественной оценки критерия долговечности необходимо иметь информацию по техническим ресурсам детали. Получение этих данных в процессе эксплуатации машин занимает много времени. К тому же не представляется возможным выявить основные физико-химические свойства восстановленных и новых деталей, которые определяют их долговечность. При получении указанных параметров на практике применяют методы ускоренных лабораторно-стендовых испытаний на надежность. Чтобы получить достоверную информацию, необходимо проводить испытания соответствующих деталей и соединений при одинаковых режимах нагрузки, скоростях относительного скольжения, температурах рабочих поверхностей и смазочных материалах. Оптимальным признается способ, имеющий минимальный технико-экономический показатель, равный отношению себестоимости восстановления к коэффициенту долговечности:
(7)
где СВ себестоимость восстановления поверхности, руб.;
КД коэффициент долговечности восстанавливаемой поверхности.
Себестоимость восстановления СВ определяется из выражения:
СВ = СУ S (8)
где СУ удельная себестоимость восстановления, руб./дм2;
S – площадь восстанавливаемой поверхности, дм2.
У коленчатого вала поверхности шатунных и коренных шеек могут быть восстановлены следующими способами: вибродуговая наплавка в жидкости, двухслойная наплавка под легирующим слоем флюса, плазменная металлизация, наплавка под легирующим флюсом по оболочке.
Предварительно отобранные методы восстановления для изношенных поверхностей сравниваются по значению технико-экономического показателя и сводятся в таблицу 8.
Таблица 8-Технико-экономическая характеристика способов восстановления шатунных шеек, шеек под шестерню и коренных.
|
№ де-фекта |
Наименова-ние дефекта |
Характеристика способов восстановления |
Коэф. долго-вечнос-ти |
Уд. себе-стоимость, Су, руб./дм |
Площадь восстанов-ления, дм2 |
Технико-экономч. показа-тель, Св/Кд, руб. |
|
1 |
Износ поверхности шатунных шеек |
Вибродуговая наплавка в жидкости | 0,53 | 17 | 3,918 | 125,66 |
| Двухслойная наплавка под слоем флюса | 0,80 | 24 | 3,918 | 117,5 | ||
| Наплавка под легирующим флюсом по оболочке | 0,80 | 24 | 3,918 | 117,5 | ||
|
2 |
Износ поверхности шейки под шестерню |
Вибродуговая наплавка в жидкости | 0,53 | 17 | 0,6049 | 19,4 |
| Двухслойная наплавка под слоем флюса | 0,80 | 24 | 0,6049 | 12,85 | ||
| Наплавка под легирующим флюсом по оболочке | 0,80 | 24 | 0,6049 | 12,85 | ||
|
3 |
Износ поверхности коренных шеек |
Вибродуговая наплавка в жидкости | 0,53 | 17 | 3,297 | 105,75 |
| Двухслойная наплавка под слоем флюса | 0,80 | 24 | 3,297 | 98,91 | ||
| Наплавка под легирующим флюсом по оболочке | 0,80 | 24 | 3,297 | 98,91 |
Несмотря на одинаковые технико-экономические показатели последних двух способов, наиболее приемлемым является способ под легирующим слоем флюса по оболочке.
Достоинство этого способа является отсутствие пор и трещин, высокие прочностные характеристики и простое, доступное по цене оборудование.
При испытании на усталостную и статическую прочность на машине УП-50 конструкции ЦНИИМАШ, лучшими характеристиками обладали образцы, восстановленные именно этим способом.
6 Расчет основных режимов нанесения покрытия.
6.1 Сущность способа восстановления наплавкой под легирующим флюсом по оболочке.
Сущность способа заключается в следующем. Деталь обвертывают металлической оболочкой из листовой стали, плотно прижимают оболочку к поверхности детали с помощью специального приспособления и сваркой в среде углекислого газа прихватывают ее в стыке. После удаления приспособления производят автоматическую наплавку под флюсом непосредственно по металлической оболочке.
Технические требования при наплавке под легирующим флюсом по оболочке:
- твердость шеек после наплавки HRC 56-62;
- масляные каналы и грязеуловители должны быть очищены;
- овальность и конусность шеек не более Ra 0,2-0,4;
- биение средней коренной шейки относительно крайних не более 0,02 мм;
- не параллельность осей шатунных и коренных шеек не более 0,012 мм.
При наплавке выбираем проволоку Св.-08, ГОСТ-2246-70; флюс АН-348-А, ГОСТ-9087-69 по оболочке.
6.2 Разработка режимов восстановления
Основные режимы наплавки.
Сварочный ток выбираем по эмпирической формуле:
, (9)
где D - диаметр детали, мм.
Для шатунных и коренных шеек, с диаметром 60 мм и 70 мм соответственно, сварочный ток принимаем:
Iсв = 40 (3,91…4,12) = 156,4…164,8 А
Принимаем Iсв = 160 А.
Напряжение при наплавке принимаем U = 20…21 В.
Диаметр проволоки dпр = 1,6 мм.
Для шейки под шестерню, с диаметром 40 мм, сварочный ток принимаем:
Iсв = 40·3,41 = 136,4 А
Принимаем Iсв = 140 А.
Напряжение при наплавке принимаем U = 18…20 В.
Диаметр проволоки dпр = 1,2 мм.
Скорость наплавки определяется по формуле:
, м/ч, (10)
где αН коэффициент наплавки, г/А·ч (при наплавке постоянным током обратной полярности αН = 10 - 12 г/А·ч);
