CC BY
38
Krutikov Pyotr Valeryevich, postgraduate, mpf-tulaaramhler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Potceluev Konstantin Olegovich, student, mpf-tiilaaramhler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Dmitry Mikhailovich Tesakov, graduate, mpf-tula aram bler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.77
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЧАШКИ ДИФФЕРЕНЦИАЛА ГРУЗОВОГО АВТОМОБИЛЯ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ
В.Ю. Лавриненко, Х.Ф. Фам
Приведен технологический процесс восстановления детали чашки дифференциала грузового автомобиля методом пластического деформирования дорнованием с использованием программного комплекса ^отш УХ.
Ключевые слова: восстановление пластическим деформированием, дорнование, чашка дифференциала, компьютерное моделирование, программный комплекс ^отш УХ.
Чашка дифференциала (рис. 1, 2) - корпусная деталь фланцевого типа, входящая в состав дифференциала заднего моста грузового автомобиля и выполняющая функции буфера, предотвращающие проскальзывание колес автомобиля при повороте. Для изготовления данных деталей широко используют серый чугун, модифицированный и ковкий чугуны, углеродистые стали.
Рис. 1. Чашка дифференциала грузового автомобиля: а - фотография детали; б - геометрическая модель детали
33
1. ГЬтгяЗнве /хмни не боке 2'
2. Нфемхюе мтеОнм родов 2.5 мм
1 Нгуг&0»ниг Гфф/вмиг спил»*«ь» К М4, N14, 1Г/7. 4. Обработку по размерам В яСодротниг сюЫш производит совместна Покрою«и обозначенное чт ', о(рЛатЛтл яри /станобп по поберинкти Ж и Т. 5 Доп/ск роажкяенае осей £ и Д на одмМ пюоакпи с тосиен У 1/2 0,04 им
6. Могуск оВамности ч юц*оображхт/ поОериюстеИ Н и Г 0,005 им (понятности дио/етров) 7 От/иЬя не долто инетр треш/ч с&/шеи смей не^омбов шЮюбаг йывигмаО Необработанное пойертОапи не доимы ииеть пригари песщ опи Чреват/ и счу*»и
Рис. 2. Чертеж чашки дифференциала грузового автомобиля
При эксплуатации данной детали происходит изнашивание наружной цилиндрической поверхности (рис. 1) вследствие воздействия внутреннего кольца подшипника качения. Величина износа цилиндрической поверхности составляет до 0,4 мм.
Авторами была разработана технология восстановления изношенной наружной цилиндрической поверхности чашки дифференциала грузового автомобиля из чугуна марки ВЧ60 (ГОСТ 7293-85) путем пластического деформирования при дорновании отверстия.
Механические свойства чугуна ВЧ60 приведены в таблице.
Механические свойства чугуна ВЧ60
Предел прочности оВ, МПа Предел текучести оТ, МПа Относительное удлинение 65,%
600 370 3
Согласно расчетным методикам процессов дорнования внутренних отверстий [1, 2] был проведен предварительный теоретический расчет дорнования отверстия чашки дифференциала диаметром 51,6 мм для восстановления наружной цилиндрической поверхности.
На рис. 3 приведена расчетная схема процесса дорнования.
О
О - наружный диаметр после дорнования с/ - Внутрений диаметр после дорнования 03 - наружный диаметр до дорнования й' - днутрений диаметр до дорнования
а- оптимальный угол дорна / - натяг
Рис. 3. Расчетная схема дорнования внутреннего
отверстия
Исходные параметры
Внутренний диаметр до дорнования ё3 = 51,6 мм (=2 т). Наружный диаметр до дорнования Б3 = 69,8 мм ( = 2 т2). Наружный диаметр после дорнования Б =70,05 мм. Внутренний диаметр после дорнования ё не известен. Е - модуль упругости ВЧ60 (180000 МПа); а10 - предел текучести ВЧ60 (370 МПа); р - истинное сопротивление деформированию
8т
Р + Вт ( 1)тах ,
0 Т1
где (8т-) - максимальная относительная деформация; Бт - модуль упрочнения для ВЧ 60 (232,32 МПа). Расчет деформации Давление на стенке
е а 1„ , т 22 , т
(-^г - 1) + а , 1 п —2—
2 Е. т 2 '
=
2 ' Е т12 '0 т1
1 + ^
Е
4
где е = 4Бт; V = 112,09 МПа.
Радиальная деформация
8 г а , т 2 2 V 8г
= . - —. ^ ; 8Г- = 0,00334(0,334%)
г1 Е г1 3 Е —
Расчет натяга и внутреннего диаметра
Толщина стенки после дорнования
V' = 0.5(^3(т -1) - /[1 - т(1 - ^)3]},
2 - к
(7
Г
где т = —; ка =£0.Е/ а Ь - коэффициент осевых напряжений; ^ = d3 + /;
г '
^=51,6 мм; Ь=1,15;, е0= 0,00334; Б = ё +2.Б'=70.05= >^ + / +2Б' = =70,05 мм.
Отсюда 1=0,8 мм, й = 52.4 мм и Б'=8,85 мм. Расчет тягового усилия:
(-)тах = ТГ7 = 0,0155; Вт = 232,32МПа Г 51,6
Истинное сопротивление деформированию
8-
р = а + Бт(^)тах; р = 370 + 232,32.0,0155 = 373.6МПа .
Л- /л т V у тах ?
Г
где т = 0,2 - коэффициент трения (смазка - керосин); а=150 (оптимальный
0.6
угол дорна); Ь = 0,45 ё . = 5 мм Удельное давление
р(1+-4) .
=-^ 1п(1 + ±_)
1 - т^ёа й1
0 2
373.6(1 + -,-)
К =
1 1 - 0,2.ё150 4 51,6 Напряжение, необходимое для преодоления сил трения, образующихся в зоне цилиндрической ленточки Ь=5 мм (рис. 4),
К 2 = ^ 6; К2 = 2373602 = 2,89 МПа. 2 ^ 2 51,6
Дополнительная часть напряжения, идущая на дополнительные
+ -08) = 8.98 (МПа).
сдвиги,
К^ = 0^(2^+11)
Кош = 0,28.373.6(2/^15°+ 0,2)=74,98 МПа. Площадь давления
^ =П(Щ -42) =П<69,82 -51,62) = 173,,321МИ2. 4 4
Рис. 4. Конструкция дорна
Тяговое усилие
р = ^ (К! + К2 + Кдоп);
Р =1735,321 (8,98+2,89+ 74,98) =150,701 кН.
Далее было проведено компьютерное моделирование предлагаемого технологического процесса дорнования внутреннего отверстия чашки дифференциала с использованием программного комплекса QForm УХ.
На рис.5 показаны конечно-элементные модели инструмента (дорн и матрица) и заготовки (чашка дифференциала).
В результате проведенного моделирования было установлено, что минимальный диаметр наружной цилиндрической поверхности после дор-нования составит 70,036 мм с припуском на последующее шлифование 0,03 мм (рис. 6), что соответствует данным теоретического расчета (70,05 мм).
Кроме того, был построен график зависимости силы дорнования от перемещения дорна (рис. 7). При этом наибольшая сила дорнования составила 140,5 кН при перемещении дорна 12,89 мм.
Теоретическая сила дорнования 150, 701 кН.
V Заготовка 1 Инструменты и'1 Инструмент 1 у- Инструмент 2
ОРогт УХ 8.2.3 о
И
Рис. 5. Конечно-элементные модели инструмента и заготовки
в программе QForm УХ
•румент 1 груыент 2
Диаметр 70.036мм
Рис. 6. Изменение внешнего диаметра чашки дифференциала
после дорнования
38
Инструмент 1 - Усилие Т., кН
0 -20 I 1 1 1 ,1 1 1 1 1 1 1 1 1
-40 --- 1 ---
-60 \ А | •I......-........|...........|...........[..........;.........-
-80 V™ 1 ——• —
-100 I / —— "
-120 .....¥1 41|................................[..........|.........-
-140.5 \
-160 1 , 1 ...........
_I_I I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_
О -12.39 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -30
Перемещение Т, мм
Рис. 7. График зависимости силы деформирования от перемещения дорна
Выводы
1. В работе предложен технологический процесс восстановления чашки коробки дифференциала из чугуна ВЧ60 дорнованием.
2. Проведен теоретический расчет дорнования чашки дифференциала и определены размер дорна и силовые параметры процесса дорнования.
3. Проведенное компьютерное моделирование процесса дорнования детали в программе QForm УХ подтвердило данные теоретического расчета.
При этом расхождение теоретического расчета и результатов компьютерного моделирования составило: по силе дорнования - 6,77 %, по величине диаметра наружной цилиндрической поверхности после дорно-вания - менее 1 %, по величине интенсивности пластической деформации - 2,9 %.
Список литературы
1. Проскуряков Ю.Г. Дорнование отверстий. Свердловск: Маш-гиз, 1961. 192 с.
2. Воронцов А. Л. Теория и расчеты процессов обработки металлов давлением: учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014. 848 с.
3. Официальный сайт QFORM [Электронный ресурс]. URL: http:// www.qform3d.com/products/qform (дата обращения: 10.04.2018).
Лавриненко Владислав Юрьевич, д-р техн. наук, проф., vlavrinenkoahmstu.ru, Россия, Москва, Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана,
Фам Хуи Фонг, студент, vlavrinenkoa hmstu.ru, Россия, Москва, Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
DEVELOPMENT OF REBUILDING TECHNOLOGY OF CUP OF DIFFERENTIAL GEAR TRUCKS BY PLASTIC DEFORMATION
V. Y. Lavrinenko, H.P. Pham
Development of technology of rebuilding of cup of differential gear of trucks hy plastic deformation hy mandrel with Qform VX.
Key words: rebuilding hy plastic deformation, mandrel, cup of differential gear of trucks, FEM simulation, Qform VX.
Lavrinenko Vladislav Yurievich, doctor of technical sciences, professor, vlavrinen-ko@hmstu.ru, Russia, Moscow, Moscow State Technical University named after N.E. Bau-man,
Pham Houy Phong, student, vlavrinenko a hmsl.u.ru, Russia, Moscow, Moscow State Technical University named after N.E. Bauman
