CC BY
11ТЕХНОЛОГИЯ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
Выводы
1. Установлено, что разрушение тяжелонагруженного инструмента чистовой вырубки и накатки происходит по малоцикловой усталости.
2. Повышение стойкости инструмента можно достичь снижением твердости стали Р6М5 до 56 - 59 ИКС путем закалки от пониженных температур 1140...1160 °С на зерно балла 12. При такой твердости достигается увеличение прочности, ударной вязкости, малоцикловой усталости и, как следствие, эксплуатационный стойкости штамповой оснастки.
3. Грименение поверхностного упрочнения (азотирование, карбонитрация) повышает усталостную прочность и эксплуатационную стойкость инструмента в 2 - 4 раза.
Литература
1. Жмихорский Э. Усталостная прочность при сжатии
инструментальных сталей // Металловедение и термическая обработка металлов.- 1962.- №10. С. 10-14.
2. Кальнер В.Д., Шер Ф.И., Суворова С.О. Статическая и усталостная прочность сталей Р6М5 и 6Х4М2ФС при растяжении и сжатии // Металловедение и термическая обработка металлов.- 1977. №9.- С. 47-50.
3. A.c. СССР, МКИ3 С21Д9/22, 1/77, С23С8/24. Способ термической обработки изделий из быстрорежущей стали / Околович Г.А., Бутыгин В.Б., Радченко C.B., Криулин И.М., Головачев В.М. il Бюл. №6, 1986.
4. A.c. 633923 СССР, МКИ3 С22Д38/24. Штамповая сталь / Геллер Ю.А., Моисеев В.Ф., Околович Г.А., Кальнер В.Д. и др.//Бюл. №43, 1978.
5. Прокошкин Д.А. Химико-термическая обработка металлов - карбонитрация.- М.: Металлургия, 1984.- 240 с.
Конструкторско технологическое обеспечение качества тяжелонагруженных редукторов
Качество редукторов в значительной мере определяет технико-экономические показатели любой горной машины, работающей, как известно, в весьма тяжелых условиях, связанных с ограниченностью рабочего пространства, динамичностью действующих нагрузок, агрессивностью окружающей среды.
В свою очередь, качество редукторов определяется качеством изготовления и сборки элементов зубчатых передач. Конструкция редуктора должна отвечать функциональному назначению, быть надежной и технологичной. Показатели технологичности конструкции определены ГОСТ 14.201 - 83, а надежности - ГОСТ 27.002 - 83. Кроме показателей назначения, основными показателями качества редукторов являются: трудоемкость изготовления деталей, сборки и ремонта, пятно контакта (клин неприлегания зубьев), кинематическая точность, плавность работы.
Одной из основных характеристик тяжелонагруженных зубчатых передач редукторов скребковых конвейеров, например, является пятно контакта зубьев по длине и высоте их рабочих поверхностей. Обеспечение пятна контакта сопрягаемых поверхностей зубьев является основным требованием при сборке тяжелонагруженных редукторов. Пятно контакта, как наиболее наглядный комплексный показатель, должно быть обеспечено в процессе производства редуктора. Клин неприлегания зубьев определяется размерными цепями, звеньями которых являются погрешности изготовления и сборки корпусов редукторов, зубчатых колес, валов, стаканов.
Другим важным условием нормального зацепления конических зубчатых передач является совпадение вершин делительных конусов зубчатых колес. Допустимое смещение регламентируется ГОСТ 1758 - 81. Соблюдение указанного условия при сборке определяется двумя независимыми многозвенными размерными цепями А и Б (рис. 1).
Б.И. КОГАН, доктор техн. наук, профессор, А.Н. ЧЕРДАНЦЕВА, магистрант, К. П. МАТЮШЕВ, студент, КузГТУ, г. Кемерово
Рис. 1. Схемы размерных цепей, определяющих точность совпадения вершин делительных конусов конических зубчатых колес редуктора скребкового конвейера
В зацеплении конических зубчатых передач совпадение вершин делительных конусов и гарантированный боковой зазор обеспечивают методом регулирования, для чего предусматривается звено - компенсатор в виде набора прокладок или регулировочной гайки.
В традиционных конструкциях редукторов элементы конструкции и погрешности предопределяют образование избыточных связей в опорах зубчатых колес.
Традиционно качество обеспечивается механической и термической обработкой, сборкой. В связи с повышением угловых скоростей и необходимостью соблюдения плавности и бесшумности передач применяют отделку закаленных зубьев шлифованием. Для повышения точности
№3(28)2005 дВ
»
№ 3 (28)2005
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
обработки корпусов и зубчатых колес, уменьшения деформации традиционно применяют старение, многооперационные станки с ЧПУ, совершенствуют метрологическое обеспечение и др.
Наиболее перспективными методами технологического обеспечения качества является освоение таких методов, как:
- вибростарение корпусов редукторов, используемое для снятия остаточньх напряжений, взамен естественного и термического старения литых и сварных деталей.
- электроэрозионная приработка зубчатых колес, обеспечивающая по сравнению с механической обработкой стабильное получение пятна контакта, снижение уровня шума и вибраций, повышение контактной прочности зубчатого зацепления, отсутствие трещин и прожогов на рабочей поверхности.
Однако для реализации этих технологий требуется проведение финансируемых НИР и ОКР.
Для надежной работы редуктора с расширенными допусками на размеры звеньев в нем не должно быть избыточных связей. Конструкция, представленная на рис. 1, имеет одну избыточную связь:
¡=5
Ч = СО- 6П + ]мр;, 1=1
- где д - избыточная связь;
СО - число внешних нагрузок:
п - число кинематических звеньев;
1=5
^ 'Р| - сумма подвижностей кинематических пар.
¡и
Ч =1-6x2 + 5x2=1
Исключение избыточных связей можно обеспечить увеличением подвижности элементов зубчатых пар вдоль и вокруг трех координатных осей за счет зазоров в сопряжениях, сферических и шарнирных самоустанавливающихся сопряжений зубчатых колес с валами, подшипников, упругих сферических осевых опор.
Рис.2. Зубчатая передача
а б
Рис. 3. Динамическая система и механическая цепь: а - традиционная конструкция конического редуктора; б - схема принципиально новой конструкции конического редуктора
Для динамического сравнения традиционной и новой конструкций конического редуктэра, построены динамические системы и механические цепи. рис. 3 [5].
Ы41 - приведенный к валу двигателя момент инерции нагрузки;
и41= и4(1Л2)= 84700(1/202) = 211,75 кг/м2; \ - передаточное отношение;
- суммарный момент инерции, необходимый для ускорения двигателя.
и^ = и, + и41 = 4500 + 211,75 = 4711,75 кг/м2; * Приведенная упругость вала 2 к валу 1. х12 = (1 /12)х2 = (1/202)0,45 = 0,001125 Па Приведенная упругость х определяется из двух соединенных последовательно сопротивлений 82 и 83. ^ _ в^з _ х1 х21! х1 | х21 _ . х _ 23 + Эз " ]со ]со ]оз \(0 со
а001122 =-0,000011 па
100
X = X121=J^L_= 045-046 =0,001122 Па x«i2 + х2 0,45-202 +0,45
ТЕХНОЛОГИЯ
На рис. 2 показана новая конструкция редуктора без избыточных связей, где посадочная поверхность вала 4 выполнена квазисферической со шлицевыми пазами, упругие шайбы 9 и 10 с квазисфэрическими торцовыми поверхностями компенсируют осевые зазоры и осуществляют силовое замыкание в сборочных размерных цепях (q =1-6x2 + 5x1 + 4x1 + 2x1 = 0).
Усилие, необходимое для установки второго колеса, рассчитывается по формуле:
F = LJ^S = 0,055-2-10 6-0,042 = „ .
AI 0,005
где: I - длина пружины,
Д1 - удлинение (зазор 3...5 мм), Е - модуль упругости; для стали Е =2 • 106 кгс/м2, S - площадь поперечного сечения, S=ти*=3,14 • 0,11 б2=0,042м2. Функциональные поверхности зубьев в процессе работы под нагрузкой самоустанавливаются за счет исключения избыточных связей и контактируют по линии, а не по точкам.
ТЕХНОЛОГИЯ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
Приведенная упругость х дня принципиально новой конструкции определяется из двух параллельных, соединенных последовательно сопротивлений Э, и Зм.
Эг^ + Эз
S„ = -
" J СО
S,S
1^11
S, +s,
jco jco jco jco 2(0
0,225 100
= -0,00225 Па
х = х1 = 045= Па 2 2
Из представленного расчета видно, что в принципиально новой конструкции за счет применения упругих квазисферических шайб сопротивление между элементами динамической системы уменьшается, а упругость увеличивается, что приводит к самоустановке зубчатых когес в
пределах зазоров. Эти шайбы также осуществляют силовое замыкание в сборочных размерных цепях.
Такая конструкция редуктора позволяет расширить допуски на некоторые звенья размерных цепей, является технологичной и не требует использования станков повышенной точности для изготовления деталей.
Литература
1. Семенча П.В., Зислин Ю.А. Редукторы горных машин. Конструкции, расчет и испытания.- М.: Недра, 1990,- 237 с.
2. Коган Б.И. Технологическое обеспечение качества изготовления редукторов горных машин. - Кемерово: Куз-бассвузиздат, 1999.- 276 с.
3. Коган Б.И. Качество машин.- Кемерово: Кузбассву-зиздат, 2000.- 161 с.
4. Решетов Л.Н. Самоустанавливающиеся механизмы.-М.: Машиностроение, 1985. 272 с.
5. Дружинский И.А. Механические цепи.- Л.: Машиностроение, 1977 - 276 с.
Спекание порошков TiC-NiTi пропусканием электрического тока
П.В. БУРКОВ, доцент, канд. техн. наук, ТПУ, г. Томск
С целью повышения качества изделий из порошков используют метод спекания пропусканием электрического тока. Электроспекание имеет общие черты с обычным и активированным спеканием, горячим прессованием, а на уровне элементарного акта - с микроэлектросваркой, этот вид обработки имеет немало особенностей. Воздействие электрического тока на металлические порошки и другие дисперсные материалы порождает ряд интересных явлений. На контактных участках между соседними частицами под влиянием тока происходит интенсивный массоперенос в твердой фазе. В результате для поликомпонентных порошковых систем характерно интенсивное сплавообразо-вание или возникновение новых фаз. Важное значение для практики имеет то обстоятельство, что в случае кратковременного спекания не будет происходить заметного роста зерен. В прессовках из частиц с обычной для порошковой металлургии дисперсностью при такой кратковременной обработке не обеспечивается полная гомогенизация гетерогенных композиций даже при температурах, приближающихся к температуре образования жидкой фазы.
В зависимости от параметров процесса (давление, сила тока, продолжительность обработки) ход спекания может осуществляться по-разному. Е связи с этим изменяется в широких пределах структура и свойства материалов [1-3]. Целью работы является исследование электроспекания порошков "ПС-МГП.
Эксперименты по спеканию "ПС-МГП показывают, что в этих материалах температурные градиенты, возникающие при спекании, оказывают существенное влияние на структуру, так как температурный интервал спекания исследуемых материалов относительно узок и часть материала находится ниже 1573 К, что не обеспечивает получения плотного композиционного материала. Образцы цилиндрической формы, спеченные электрическим током, у которых диаметр больше высоты, обладают удовлетворительными
микроструктурой, плотностью и механическими свойствами, несмотря на существующие температурные градиенты во время спекания. Влияние режимов изготовления на свойства сплава не всегда однозначно и не может объясняться только изменениями зернистости. Вопросы внутри-зеренной структуры в компонентах твердых сплавов на разных стадиях технологического процесса изучены аото рами работ [4-6].
Образец, спекаемый между плоскими торцами элект-родов-пуансонов или прокладок, нагревался сильнее в центре, чем на периферии. Чтобы несколько уравнять температуру, был применен вариант спекания между электро-дами-пуансонами с одной плоской и одной вогнутой торцевыми поверхностями. Такой прием вызвал неравномерное распределение тока по поперечному сечению образца: ток с большей плотностью протекал вблизи внешней поверхности, а не вблизи центра. Следовательно, больше тепла выделялось около внешней поверхности, но его избыток отводился через стенки матрицы, и результирующее распределение температуры стало однородным. Возле поверхности имелись многочисленные участки пористого, или недостаточно спеченного, материага. Ближе к центру образца микроструктура, пористость и твердость были однородными.
Установлено [7, 8], что в некоторых случаях удобно условное разделение всего периода спекания на две стадии: стадию нагрева порошковой смеси до температуры плавления и стадию, в течение которой часть металла в при-контактных областях находится в расплавленном состоянии. Исходя из условий теплового баланса, можно оценить продолжительность обеих стадий. Однако в общем случае процесс спекания не сводится к этим двум стадиям.
Величина контактного сопротивления зависит от газовой среды, металла, дисперсности частиц. Эксперимен-
№ 3 (28)2005
11
