Відновлення вала

Вступ

Суть відновлення деталей полягає в тому, що воно дозволяє зменшити потреби в виготовленні запасних частин. При відновленні досягаються велика економія сировини. Особливо велике значення відновлення полягає в зменшенні витрат металу.

Головним призначенням напилення є захист корозії різних конструкцій, ремонт зношених деталей машин. Напиленням можна наносити покриття з найбільш різними властивостями.

Метою даної курсової роботи є:

— дослідити де і в яких умовах працює дана деталь;

— розробити ремонтне креслення вала;

— підібрати порошок, метод, установку для напилення та обробки деталі;

— розробити і прорахувати технологічний процес.

Порівняно з іншими методами відновлення і обробки поверхонь, напилення має ряд переваг:

1. Напиленням можна наносити різні покриття із найбільш різноманітних матеріалів. Так, наприклад, метали можна наносити на скло, фарфор і таке інше.

2. Рівномірне покриття можна напиляти, як на велику площу, так і на органічні ділянки великих виробів.

3. Напилення і наплавка являються найбільш ефективними методами у випадках, коли необхідно значно зменшити розміри деталей. Цими методами можна наносити шари товщиною в декілька міліметрів.

4. Для напилення можна використовувати різні метали і сплави, а також велику кількість з'єднань і їх суміші.

5. Основа, на яку виконується напилення, мало деформується, тоді коли при інших методах відновлення необхідно нагрівати деталі до високих температур, що призводить до їх деформації.

6. Технологічний процес напилення забезпечує високу продуктивність нанесення покрить і характеризується відносно невеликою трудоємністю.

1. Аналіз технологічності деталі

Деталь вал є технологічною. Вал призначений для передачі крутного моменту. Виготовляється з конструкційної сталі 40Х. Нетехнологічними елементами цього валу є два глухих отвору.

Основні конструкторські бази — це місця насадження підшипників, які орієнтують деталь у вузлі. Допоміжні конструкторські бази це шліцьова поверхня, поверхня, вільна поверхні - та поверхня. Заготовкою даної деталі є

штампування, а саме виготовляється методом гарячого штампування.

1.1 Кількісний аналіз

1. Коефіцієнт уніфікації.

декількість уніфікованих елементів,

— загальна кількість елементів

* - уніфіковані елементи;

2. Коефіцієнт точності обробки.

3 Коефіцієнт шорсткості поверхонь.

Оскільки Куе> 0,6 (0,76), KT>0,8 (0,908), Kш < 0,32 (0,148), то вал є технологічнbv за кількісними показниками.

Отже, деталь «Вал» є в цілому технологічною деталлю, про що свідчать результати якісного і кількісного аналізу.У відповідності з призначенням поверхонь до них ставляться такі вимоги: найбільш точними є основні та допоміжні конструкторські бази (діаметральні розміри) До них ставиться вимога обробки по 6 квалітету з відповідною шорсткістю Ra = 0,63

Kвалітети точності механічної обробки відповідають параметрам шорсткості на кресленні деталі. Вони забезпечуються на верстатах на верстатах з числовим програмним керуванням та ін. Вимоги взаємного розташування оброблених поверхонь наведені у відповідності з їх службовим призначенням, також забезпечуються при механічний обробці.

2. Визначення типу ремонтного виробництва

Тип виробництва — це техніко-економічна характеристика виробництва, яка обумовлена спеціалізацією виробничих процесів, стабільністю номенклатури, ритмічністю і величиною обсягу виробництва. Загалом виділяють три основні типи виробництва: одиничний, серійний (з модифікаціями дрібносерійний та крупносерійний) та масовий. Для визначення типу виробництва необхідно розрахувати коефіцієнт спеціалізації Ксп:

Ксп=((Дк-Дв)*m*Тзм*60)/(t*N), (2.1)

Де Дк — кількість календарних днів у році (365 днів),

Дв — кількість вихідних та святкових днів в даному році (123 дні),

m — число змін роботи, приймаємо 2 зміни, Тзм — тривалість зміни, годин, приймаємо 8 годин,

60 — коефіцієнт переведення годин в хвилини,

t — тривалість виконання технологічної операції на даному робочому місці (або норма часу), хв,

N — кількість виробів (деталей, вузлів, тощо), які обробляються на даному робочому місці за рік, шт.

Керуючись формулою, розраховуємо коефіцієнт спеціалізації:

Ксп = ((365−123)*2*8*60)/(5*1000)=46

Він відповідає середньосерійному типу виробництва.

Для даного типу виробництва обирається організація дільниці з розташуванням верстатів за типом. У цьому випадку треба обирати універсальні верстати та пристосування з спеціальними наладками. Дані для оцінки типу виробництва приведені в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1 — Характеристика типу виробництва

Якщо відносно таблиці 2.1. виробництво малосерійне, то потрібно знаходити такт випуску за формулою:

[хв] (2.2)

де Фд л — дійсний фонд часу роботи лише за рік;

365 — кількість днів за рік;

Двих — суботі та вихідні дні (104);

Дсвкількість святкових днів за рік (8);

Кр = 0,93 — коефіцієнт, що враховує утрати часу на ремонт;

Кр п= 0,95 — коефіцієнт, що враховує регламент перерви;

Пв — piчнa програма випуску, шт. /кількість деталей, що підлягають обробці;

2 — кількість змін;

8 — кількість годин на робочій зміні

Якщо виробництво малосерійне, то потрібно знаходити партію запуску деталей за формулою:

(2.3)

де Пзеп — величина партії запуску деталей, шт.;

Пв — річний об'єм випуску деталей, шт.;

Рд_ кількість робочих днів за рік;

Рд=365-Двих-Дсв=365−105−8 = 253дня

g — необхідний запас деталей на складі в днях коливається від 5 до 8 днів.

Для дрібних i середніх деталей g = 6…8. Для великих g = 5…7.

Вихідні дані - кількість деталей, що підлягають обробці

Пв= 1000 шт.

Маса деталі Мдет = 44.71 кг.

Відносно таблиці 2.1. тип виробництва середньо-серійний.

Так, як виробництво середньо-серійне, знаходимо величину партії запуску заформулою:

[шт] (2.4)

Для визначення типу виробництва користуються коефіцієнтом закріплення операцій, тобто кількістю різних операцій, що виконуються на одному робочому місці протягом місяця. Згідно з ГОСТ 3.1121−84 коефіцієнт закріплення операцій для групи робочих місць визначається за формулою:

КЗО = О/Р, (2.5)

де О — кількість різних операцій, які виконуються на робочих місцях дільниці чи в цеху;

Р — кількість робочих місць на дільниці чи в цеху.

ГОСТ 3.1108−84 рекомендує наступні значення коефіцієнта закріплення операцій в залежності від типу виробництва: для одиничного вироб-ництва — Кзо> 40; для малосерійного виробництва — 20 <�Кзо< 40; для середньо-серійного виробництва — 10 <�Кзо<20; для великосерійного виробництва — 1 < К3 о < 10; для масового виробництва — Кзо= 1. Приймаємо КЗО=20. За допомогою верстата із ЧПК або за допомогою ручного верстата.

3. Технологічний процес відновлення вала

3.1 Розробка плану операцій

Згідно результатів дефектування і технології відновлення дефектів складаємо план операцій відновлення стійки підшипника:

005 — Токарна: проточити поверхню 1 до O119;

010 — Напилювальна: напилити поверхню 1 до розміру O121;

015 — Шліфувальна: Шліфувати остаточно поверхню 1 до розміру 120;

020 — контрольна.

Таблиця 3.1 — Маршрут обробки

4. Вибір та обґрунтування раціонального способу нанесення покриття

Для вибору раціонального способу відновлення деталей розглянемо відновлення згідно основних критеріїв:

можливість використання;

довговічності.

Критерії можливості використання або технологічний критерій дозволяє у різних способів відновлення обрати той, який найбільш повно задовольняє вимогам відновлення даної деталі.

Мg — матеріал деталі;

Фg і D — форма і діаметр деталі поверхні, що відновлюється;

Ug — знос деталі;

Hg — величина та характер навантаження, який сприймається деталлю;

УТ — сума технологічних особливостей способу, який визначає галузь його раціонального використання.

Критерій можливого використання не записується числом, а є попереднім, він дає можливість визначити способи за допомогою яких деталь можна відновити.

Критерій довговічності виражається числом або коефіцієнтом довговічності з числа способів, які відповідають критерію можливого використання. Обирають способи, відновлення якими забезпечить наступний міжремонтний строк служби деталі

Кu — коефіцієнт зносостійкості;

Кзчеп — коефіцієнт зчеплення напиленого шару з основною;

Квит — коефіцієнт витривалості.

Ці коефіцієнти визначають в результаті лабораторних досліджень.

Вибір раціонального способу за наведеними критеріями характеризує якісну та техніко-економічну сторону відновлення конкретних деталей, враховуючи умови їх експлуатації, їх геометричні, фізико-механічні і конструктивно — технологічні особливості. В той же час спосіб відновлення деталі залежить від програми.

Всі дефекти, що розглядаємо відносяться до поправних. Тобто дані дефекти можливо і доцільно ремонтувати. Дефект 1 розташований на циліндричний поверхнях валу 120 мм. Він виникає внаслідок зношення валу під дією сил, що мають місце в процесі роботи валу. В результаті тертя зубчастого колеса та валу відбувається поступовий знос поверхонь як однієї так і другої деталі, відповідно збільшується зазор в спряжені, що впливає на якість роботи всього механізму. Даний дефект будемо усувати методом напилення з подальшою механічною обробкою до номінального розміру 120.

Розглянемо ряд переваг та недоліків основних методів нанесення покриття напиленням.

Плазмове напилення. Суть методу полягає в тому, що порошковий присаджувальний матеріал подається транспортуючим газом у зону дії плазми, яка розплавляючи порошок напиляє його на деталь. Плазмове напилення дозволяє наносити покриття із матеріалів різного хімічного складу; висока продуктивність; повна автоматизація керуванням процесу; плазмові пальники дозволяють у широких межах регулювати енергетичні характеристики плазми, що полегшує отримання покрить з потрібними технологічними властивостями.

Газополуменеве напилення. Перевагами цього методу є: невелике окислення металу, достатньо велика міцність покриття. До недоліків слід віднести: порівняно невелику продуктивність процесу (від 2 до 4 кг напилюємого металу за годину).

Детонаційне напилення. Недоліками цього методу є: відновлення деталей з невеликим зносом (отримуються шари 0.2…0.4 мм), низька продуктивність, складність обладнання, що використовується та неможливість нанесення покрить на деталі, що обертаються.

Порівнявши ряд переваг та недоліків існуючих методів нанесення покриття, обрахувавши економічну доцільність використання цих методів та технологічну можливість використання наявного обладнання, обираємо саме плазмове напилення для відновлення «Валу приводу», оскільки цей спосіб, у порівнянні із газополуменевим і електродуговим, має ряд переваг: дозволяє наносити покриття із матеріалів різного хімічного складу; висока продуктивність; повна автоматизація керуванням процесу.

Найголовнішим в нашому випадку є те, що більша швидкість польоту частинок порошку та висока температура їх нагріву в момент зустрічі з підложкою забезпечують більш високі, ніж при інших способах напилення, механічні властивості покриття і більш міцне його з'єднання з поверхнею деталі.

Також, при даному виді напилення відсутня деформація деталі після відновлення, можливе відновлення деталей порівняно малих розмірів (мінімальний діаметр циліндричних деталей складає 10 мм), порівняно із іншими видами напилення найвищі характеристики продуктивності.

Цей спосіб покриття широко застосовується в тих галузях машинобудування, де нанесенням стійких сплавів необхідно захистити деталі машин від зносу, корозії, ерозії, угару, теплових ударів, кавітації, гідро-ударів, оскільки кулачковий вал працює в мастильному середовищі.

Для того, щоб обрати раціональний метод нанесення покриття напиленням, необхідно провести порівняльний аналіз характеристик таких видів напилення як: газополуменевого, детонаційного, електродугового та плазмового.

Ці порівняльні характеристики зобразимо у вигляді таблиці 4.1.

Таблиця 4.1 — Характеристики видів напилення

При плазмовому напиленні в якості напилюємих матеріалів використовують порошки проволоки і прутки. Найбільш широке використання при плазмовому напиленні зазнали саме порошки через слідуючи переваги: однорідна і мілка структура покриття, невисока собівартість, можливість отримання комбінованих покрить.

Таким чином обираємо для «Валу «плазмове напилення саме порошковими сплавами. Виходячи з даних, для відновлення посадочних місць під зубчасте колесо візьмемо плазмове напилення.

5. Обираємо матеріал для напилення

При плазмовому напиленні в якості напилюючих матеріалів використовують порошки, проволоки і прутки. Найбільш широке використання при плазмовому напиленні зазнали саме порошки через слідуючи переваги:

однорідна і мілка структура покриття, невисока собівартість, можливість отримання комбінованих покрить.

Таким чином обираємо плазмове напилення саме порошковими сплавами. Для даного способу напилення найбільш придатними являються порошки сферичної форми грануляцією 5 — 100 мкм.

Для відновлення зношених поверхонь напиленням широке застосування отримали порошкові самофлюсуючі сплави системи Ni — Cr — B — Si, до яких часто додають карбіди, бориди (вольфраму, ванадію, хрому, молібдену) для утворення композиційних сплавів з більш високими фізико — механічними властивостями.

Для напилення візьмемо порошок ПГ-10Н-04 (ТУУ 322−19−004−96), створений на нікелевій основі системи Ni — Cr — B — Si — C — Fe. Його твердість регулюється вмістом C, B, Cr в межах 45 — 52 HRC. Напилені даним порошком поверхні мають допустиму робочу температуру до 800 оС. Цей порошок використовують для напилення деталей типу «штамп» з інструментальних, корозійно-стійких, вуглецевих та інших сталей. Властивість самофлюсування даного порошку обумовлена наявністю в його складі бору і кремнію, які кисень віднімають від окислів.

Таблиця 5.1 — Хімічний склад порошку ПГ — 10Н — 01

Даний порошок напилюється товщиною 0,2 мм на оброблену поверхню. Використовується як зносостійке покриття для деталей типу «вал». Володіє високою стійкістю як в лужних, так і в окислюючих середовищах. Міцність його з'єднання є досить задовільною і складає 50 МПа. Покриття з даного порошку має твердість HRC 45.

6. Припуски на механічну обробку

Припуск — шар матеріалу, що видаляється з поверхні заготівлі для досягнення заданих властивостей оброблюваної поверхні деталі. Припуск на обробку поверхонь деталей може бути призначений по довідкових таблицях або на основі розрахунково-аналітичного методу. Розрахунковою величиною припуску є мінімальний припуск на обробку, достатній для усунення на виконуваному переході погрішностей обробки і дефектів поверхневого шару, отриманих на попередньому переході або операції і компенсації погрішностей, що виникають на виконуваному переході. Мінімальний припуск при обробці зовнішніх і внутрішніх поверхонь (двосторонній припуск)

;(6.1)

при обробці поверхонь обертання в центрах

;(6.2)

при послідовній обробці протилежних поверхонь (однобічний припуск)

;(6.3)

при рівнобіжній обробці протилежних поверхонь (двосторонній припуск)

;(6.4)

де Rzi-1 — висота нерівностей профілю на попередньому переході; hi-1 -глибина дефектного поверхневого шару на попередньому переході (зневуглецьований або вибілений шар); ДУi-1 — сумарні відхилення розташування поверхні (відхилення від паралельності, перпендикулярності, співвісності) на попередньому переході; еi — погрішність установки заготівлі на виконуваному переході.

Відхилення ДУ необхідно враховувати в заготівель (під перший технологічний перехід); після чорнової і напівчистової обробки лезвійним інструментом (під наступний технологічний перехід), після термічної обробки. У зв’язку з закономірним зменшенням величини ДУ; при обробці поверхні за кілька переходів на стадіях чистової й оздоблювальної обробки нею зневажають. На основі розрахунку проміжних припусків визначають граничні розміри заготівлі по всіх технологічних переходах. Проміжні розрахункові розміри встановлюють у порядку, зворотному ході технологічного процесу обробки цієї поверхні, тобто від розміру готової деталі до розміру заготівлі, шляхом послідовного додатка (для зовнішніх поверхонь) до вихідного розміру готової деталі проміжних припусків або шляхом послідовного вирахування (для внутрішніх поверхонь) від вихідного розміру готової деталі проміжних припусків. Найменші (найбільші) граничні розміри по всіх технологічних переходах визначають шляхом округлення убік збільшення (зменшення) розрахункових розмірів. Округлення роблять до того знака десяткового дробу, з яким даний допуск на розмір для кожного переходу. Найбільші (найменші) граничні розміри визначають шляхом додатка (вирахування) допуску до округленого найменшого (найбільшому) граничному розмірові.

Граничні значення припусків Zmax визначають як різниця найбільших (найменших) граничних розмірів і Zmin як різниця найменших (найбільших) граничних розмірів попереднього і виконуваного (виконуваного і попереднього) переходів.

Загальні припуски Z0max і Z0min визначають як суму проміжних припусків на обробку:

Z 0 max = У Z i max;(6.5)

Z 0 min = У Z i min;(6.6)

Правильність розрахунків визначають по рівняннях

Z i max — Z i min = Ti-1 — Ti;(6.7)

2Z i max — 2Z i min = TDi-1 — TDi;(6.8)

Z 0 max — Z 0 min = Tз — Tд;(6.9)

2Z 0 max — 2Z 0 min = TDз — TDд;(6.10)

де Ti-1, TDi-1 — допуски розмірів на попередньому переході; Ti, TDiдопуски розмірів на виконуваному переході; Tз, TDз — допуски на заготівлю; Tд, TDд — допуски на деталь.

При необхідності знаходять номінальні розміри. Для зовнішніх поверхонь номінальний розмір заготівлі дорівнює найбільшому розмірові, тобто, а = аmax;(6.11)

на кресленнях вказують аmax (-T);(6.12)

для внутрішніх поверхонь номінальний розмір заготівлі дорівнює найменшому розмірові, тобто, а = аmin;(6.13)

на кресленнях указують

(6.14)

Якщо допуск розташований симетрично відносного номінального розміру, то

(6.15)

У рівняннях (6.11) — (6.15) а, аmax, аmin — відповідно номінальні, найбільші, найменше граничні розміри заготовок.

Так як заготовка центрується за допомогою центрових отворів то е = 0.

ДУ = 837,5 мкм, де — загальне зміщення, при прокаті = 0;

— загальне жолоблення;

де l — довжина деталі = 522;

= 0,12 для прокату Знайдем ДУ для точіння та шліфування.

ДУ ост. точ = Ку остат. ДУ = 0,04 48,49=2 Ку остат = 0,04

ДУ шліф = Ку шліф. ДУ = 20,04 = 0,08 Ку шліф = 0,04

Розрахунок мінімальних припусків на діаметральні розміри для кожного переходу роблять по рівнянню:

Zimin =2· (Rz+ h+ ДУ+ е)

Шліфування попереднєZimin = 2· (10+20) = 60 мкм Шліфування остаточне Zimin = 2· (5+15) = 40 мкм;

Розрахунок найменших розрахункових розмірів по технологічних переходах робимо, складаючи значення найменших граничних розмірів, що відповідають попередньому технологічному переходові, з величиною припуску на виконуваний перехід:

= 120,003

Допуски на виконавчі розміри пишемо в залежності від квалітетів:

H8 = 54;

H6= 22.

Потім визначаємо найбільші граничні розміри по переходах:

Розрахунок фактичних максимальних і мінімальних припусків по переходах робимо, віднімаючи відповідно значення найбільших і найменших граничних розмірів, що відповідають виконуваному і попередньому технологічному переходам:

Максимальні припуски: Мінімальні припуски:

120,097 — 120,025 = 0.072 120,097- 120,043= 0.054

121.097 — 120,097 = 1 120,043 — 120,003=0,040

Розрахунок загальних припусків робимо по рівняннях:

найбільшого припуску Z 0 max = УZ max = 0,072+1 = 1,072 мм;

найменшого припуску Z 0 max = УZ max = 0,054+0,040 = 0,094 мкм, Перевірку правильності розрахунків проводимо по рівнянню:

Z 0 max — Z 0 min = 1.072 — 0,094= Tз — Tд = 0,978 мм.

Таблиця 6.1 — Результати розрахунку припусків на обробку до граничних розмірів по технологічних переходах

6.1 Визначення товщини покриття для відновлення

Величина шару металу що наноситься при відновленні деталі методом газополуменевого напилення визначається за формулою:

;

де — максимальний знос, в мм = 0,025;

Z — припуск на обробку, в мм = 0,978.

h=0,025+0,978 = 1,003 мм.

Отже величина нанесеного шару на одну сторону вала = 1,003 мм.

6.2 Визначення кількості переходів операцій відновлення

1. Кількість переходів механічної обробки при підготовці до відновлення залежить ввід виду поверхні та способу відновлення.

Для точних посадочних поверхонь зношення є порівняно невеликим, тому при використанні попередньої токарної обробки достатньо 1 проходу з глибиною t = 0,3 0,5 мм. Так як відновлювана поверхня є шліцевою і глибина фрезерування задається по зовнішньому діаметру то t = 0,5.

2. Кількість переходів при нанесенні покриття.

;

де hвеличина шару металу що наноситься при відновленні = 0,1003 мм.

h1 — це велечина шару металу що наноситься за 1 прохід відновлення. h1=0,2

=5 переходів

3. Кількість переходів механічної обробки після нанесення покриття.

;

де Тзаг — допуск на відновлення поверхні після нанесення покриття = 1000мкм, Тдет — допуск на деталь згідно креслення =22 мкм.

Цей коефіцієнт показує в скільки разів готова, відновлена поверхня деталі має бути точніше ніж після напилення покриття.

7. Режими різання

Вибір верстату Обираємо верстат 16К20Ф3

Вибір інструменту.

Різець прохідний з пластинкою з твердого сплаву Т15К6

Геометричні параметри інструментів:

ц — головний кут в плані - 450;

г — передній кут — 100;

л — кут нахилу головної ріжучої кромки 00;

r — радіус при вершині різця — 1 мм.

Вибір подачі і глибини різання.

Глибина різання t.

Глибина різання: t=0,7?1. Приймаємо 0,7 мм;

Подача s.

Розміри прямокутного перерізу оправки — 16*25 мм,. Подача: 0,8 — 1,3 мм/об. Приймаємо подачу 0,8 мм/об.

За формулою швидкості різання.

При зовнішньому повздовжньому і поперечному точінні:

; (7.1)

Період стійкості Т=30 ?60 хв, приймаємо 60 хв.

Cv = 340,

x = 0,15,

y = 0,45,

m = 0,20,

Kv — добуток коефіцієнтів Kмv, Kпv, Kиv,

; (7.2)

Kr (сталь вуглецева С<0,6%) = 0,95

ув =700 МПа,

nv = 1.0,

=0,9643.

Кпv = 0,9,

Kиv = 1,0,

; (7.3)

;

.

Знаходимо частоту обертання, n.

; (7.4)

Діаметр оброблюваної поверхні d=120 мм,

Вибираємо із паспорта верстата менше ближче нормоване значення частоти обертання. В нашому випадку обираємо nд=315 об/хв.

Знаходимо дійсну швидкість різання

(7.5)

Знаходимо силу Pz.

(7.6)

(7.7)

Cp=300,

x=1,0,

y = 0,75,

n = - 0,15.

n = 0,75, (7.8)

Kцp = 1,0,

Kгp = 1,0,

Kлp = 1,0,

Krp = 0,93,

Розраховуємо потужність N.

(7.9)

Порівнюємо з потужністю верстата

Nверст = 10 (кВт) >N

Обробка на даному верстаті можлива.

(7.10)

8. Приймаємо обладнання для напилення

У комплект обладнання для плазмового напилення входять наступні вузли:

плазмотрон;

механізм транспортування порошкових чи проволочних матеріалів;

пульт керування, у якому зосереджені вимірювальні, регулюючі і блокуючи пристрої;

джерело живлення дуги;

джерело і приймач води для охолодження;

комплекс комунікацій, що з'єднують окремі вузли установки і забезпечують підведення енергії, води і газів до плазмотрона.

Струм і газ, які підводять до установки, а також охолоджуюча вода взаємозв'язані. Їх взаємозв'язок полягає в тому, що електрична схема включення напруги, підведеної до плазмового пальника від джерела струму, заблокована контактами реле тиску, які встановлені в системі охолодження водою, а також контактами реле тиску, які встановлені в системі живлення плазмоутворюючим газом. У випадку недостатніх витрат та тиску газу чи води спрацьовує відповідне реле і автоматично відключає джерело струму, запобігаючи від розплавлення плазмотрон. Радіус обслуговування визначається довжиною гнучкого кабелю, який забезпечує підведення струму і охолоджуючої води до плазмотрона.

Для плазмового напилення середньосерійного випускаються установки двох типів: УПУ і УМП. Установки типу УПУ (УПУ — 3 М, УПУ — 3Д) застосовуються для напилення покрить із порошкових та проволочних матеріалів.

Установки типу УМП (УМП — 5 — 68, УМП — 6) застосовуються для напилення порошковими матеріалами і тільки.

Для напилення даної деталі обираємо установку УМП — 5−68, у якій для напилення використовуються лише порошкові матеріали. Для даної установки найкращім плазмоутворюючим газом є аргон.

Таблиця 8.1 — Властивості плазмоутворюючого газу

Характеристики установки:

рекомендована потужність джерела струму 30 кВт;

напруга холостого ходу 160 В;

максимальний струм (при роботі в аргоні) 600 А;

сила струму дуги 500 А;

робоча напруга дуги 85…95 В;

робочий газ: аргон, азот;

витрати робочого газу — 3…4м3/год;

вага комплекту 900 кг.

Дану установку застосовують для напилення зовнішніх і внутрішніх поверхонь циліндричних деталей. Джерелами живлення даної установки використовують два зварювальних перетворювача ПСО-500 або випрямляч ВКС-500 (який обираємо ми із-за вищого ККД), які дозволяють у широких межах змінювати напругу, яка підводиться до плазмотрона, і забезпечувати потрібний режим роботи.

Продуктивність даної установки 30 кВА, ККД=75%, коефіцієнт використання матеріалів 60 — 80%, продуктивність напилення 3…5 кг/год.

9. Визначаємо інструмент для напилення (живильник, плазматрон)

9.1 Живильник

Живильники, при напиленні поверхонь деталей, використовують з метою подачі порошкоподібних матеріалів, що напилюються, у плазматрон. Від стабільності роботи живильників залежить якість покриття, що наноситься на деталь. Особливо на якість покриття впливає конструкція дозуючого пристрою живильника, яка повинна забезпечувати неперервність подачі, точність дозування і плавність регулювання.

Для дозування порошкового матеріалу під час нанесення покриття обираємо живильник, дозуючим пристроєм якого є шнек (Рисунок 9.1).

вал відновлення покриття напилення Рисунок 9.1 — Схема живильника шнекового типу

Дозуюче обладнання виконане у вигляді вертикального змінного шнека зі спіральними канавками, який укріплений, на валу й установлений у днищі бункера.

Який забезпечений датчиком сигналізатором рівня порошкового матеріалу, змонтованим у його конічній частині. На кресленні зображений пропонований живильник.

Винахід відноситься до способів і пристроїв для покриття виробів шляхом розпилення металів і може бути використане для нанесення покрить на металеві деталі шляхом плазмового напилювання.

Відомий порошковий живильник, що включає герметичний бункер, з'єднаний зі змішувальною камерою, що дозує орган із приводом, що забезпечує подачу порошку в змішувальну камеру, а також систему трубопроводів для подачі транспортуючого газу і живленням порошком плазмотрона ГН-5Р.

Недолік живильника полягає в тому, що в процесі експлуатації відбувається утворення зводів і пробок з порошку, а також швидкий знос робочого органу у формі шнека при роботі його з твердими порошковими матеріалами, крім того, при вібрації відбувається сегрегація суміші порошків.

Найбільш близьким до пропонованого по технічній сутності є порошковий живильник, що містить герметичний бункер з конічною вихідною частиною, постачений дозуючим органом у вигляді регулювальної голки з центральним каналом для подачі газу, з'єднаної із системою газопроводящих трубопроводів.

Іншим недоліком пристрою — можливість утворення пробок з порошку у звужуючомуся зазорі між конусними кінцями голки і частиною бункера, а також незручності в експлуатації, тому що необхідний поворот пристрою на 180° при завантаженні і розвантаженні через той самий канал.

Ціль винаходу — забезпечити рівномірність подачі порошкових матеріалів, автоматичний контроль їх рівня, рівномірність нанесення покриття, а також автоматичний контроль рівня порошкових матеріалів.

Це досягається тим, що дозуюче обладнання виконане у вигляді вертикального змінного шнека зі спіральними канавками, який укріплений, на валу й установлений у днищі бункера. Який забезпечений датчиком сигналізатором рівня порошкового матеріалу, змонтованим у його конічній частині.

Живильник складається з корпуса 1 бункера, кришки 2, вал 3 дозуючого обладнання, виконаного у вигляді вертикального шнека 4 із пральними канавками, втулки 5, корпуса дозуючого обладнання 6 із приймальним конусом 7, штуцером 8, накидною гайкою 9, шланга 10, датчика-сигналізатора 11.

Порошковий матеріал засипають у бункер через завантажувальний отвір кришки 2. Потім через штуцер 8, подається транспортуючий газ і включається привід вала 3, на кінці якого закріплений шнек 4. Шнек зі спіральними канавками, обертаючись у втулці 5 з рівномірним числом оборотів, рівномірно захоплює порошковий матеріал з бункера й просипає його по колу в прийомний конус 7. Це забезпечує рівномірність розподілу порошкового матеріалу в потоці транспортуючого газу. Кількість порошкового матеріалу, що подають плазмовий розпилювач, регулюється плавною зміною числа оборотів вала 3 і змінними шнеками 4 з різним числом заходів і різною глибиною канавки. При досягненні встановленого мінімального рівня порошкового матеріалу в бункері датчиксигналізатор мінімального рівня дає сигнал, що попереджає про припинення подачі порошкових матеріалів у плазмовий розпилювач через заданий проміжок часу.

Перевагами конструкції в порівнянні з відомими живильниками є: відсутність пробок з порошку на виході з бункера, що підвищує рівномірність подачі порошку, у наслідок чого відпадає необхідність у розбиранні живильника для видалення пробок; відсутність зводів і зависання порошку в бункері через того, що зжатий газ, проходячи через пористий конус, створює суспензію порошку (газопорошкову суміш) усередині бункера й усуває тертя порошку об конус бункера; відсутність сегрегації порошку в пропонованому рішенні, тому що у його конструкції немає вібратора, а вібрація, як відомо, є причиною сегрегації; при переході від одного виду порошку до іншого очищення живильника виробляється без його розбирання: вихід з бункера продувається через центральний канал голки, а порожнина бункера очищається шляхом подачі газу усередину його при відкритій заправній горловині і замкненому голкою виході з бункера, тобто поліпшується експлуатаційна властивість очищення бункера без його розбирання.

Живильник для дозування порошкоподібних матеріалів включає герметичний бункер, дозуюче обладнання, що відрізняється тим, що, з метою забезпечення рівномірності подачі порошкових матеріалів і рівномірності нанесення покриття обладнання, що дозує, виконане у вигляді вертикального змінного шнека зі спіральними канавками, який укріплений на валу й установлений у днищу бункера.

Розрахуємо діаметр отвору виходу газопорошкової суміші із живильника та об'єм бункера.

Висота бункера H=9,5 см=95 мм.

Діаметр бункера Dб=10 см=100 мм.

1. Визначаємо об'єм бункера:

2. Розрахуємо час безперервної дії повністю завантаженого живильника:

де mn — маса порошку, с — густина порошку,

P — продуктивність живильника.

Співвідношення транспортуючого газу і порошку в бункері і біля виходу з живильника складає 1:4.

Розрахуємо об'єм порошку, що проходить за 1 с через вихідний отвір живильника:

де К — процентний вміст порошку у суміші.

Таким чином діаметр вихідного отвору живильника залежатиме від тиску транспортуючого газу. Із зростанням тиску діаметр має зменшуватись і складає 0,3 — 0,5 мм.

9.2 Плазмотрон

Під час напилення використовують плазмову дугу непрямої дії, яка виникає між анодом (мідне сопло, що охолоджується) і вольфрамовим катодом. Катод і анод є основними складовими плазмотрона.

Класифікація плазмотронів основана на способах стабілізації дуги: магнітна, водяна, газова.

В залежності від способу подачі газу (перпендикулярно до стовпа дуги чи вздовж нього), газова стабілізація буває вихровою чи аксіальною.

Максимальне стискання дуги досягається саме при вихровій стабілізації. Аксіальна стабілізація забезпечує ламінарний плазмовий потік і задовольняє формування стовпа плазмової дуги у каналі електропровідного стовпа.

Плазмотрон типу УМП — 5 — 68 є прикладом саме плазмотронів з аксіальною стабілізацією.

Порошок і транспортуючий газ попадають у високотемпературну область плазмового струменя. Плазмотрони, що призначені для роботи із порошковими матеріалами, найпоширеніші в практичному напиленні через переваги у регулюванні хімічних і фізичних властивостей напиленого шару.

Для даної обраної установки виберемо плазмотрон ПП — 6 — 01 з наступними технічними характеристиками: струмом дуги 500 А, продуктивністю 3−5 кг/год, вагою 1,8 кг та потужністю дуги у 30 кВА. Рекомендовані гази для напилення за допомогою даного плазмотрона — аргон, азот, водень та їх суміші.

10. Розрахуємо режими плазмового напилення

Для напилення даної деталі обираємо установку УМП — 5 — 68, у якій для напилення використовуються лише порошкові матеріали.

Установка УМП-5−68 укомплектована трьома зварними перетворювачами ПД-502У2, які дозволяють у широких межах змінювати напругу, яка підводиться до плазмотрона, і забезпечувати потрібний режим роботи.

10.1 Розрахунок параметрів напилення

1. Розрахунок об'єму плями напилення де d — діаметр (величина) плями напилення, значення якої коливається в межах 15…25 мм. Вибираємо d=20 мм.

h — мінімальна товщина шару, напиленого за один прохід (h=0,02 — 0,1 мм). Вибираємо h=0,1 мм.

2. Обчислення маси плями.

де с — густина порошку (Для порошків на нікелевій основі с=8 г/см3)

3. Розраховуємо лінійну швидкість напилення:

де Р — продуктивність методу (Р=3?5 кг/год). Приймаємо Р=4 кг/год.

4. Обчислюємо горизонтальну швидкість переміщення плазмотрона:

де D — діаметр деталі (D=120 мм);

К — коефіцієнт перекриття (К=0,45).

5. Швидкість обертання деталі:

.

Приймаємо щд=0,7 об/с.

6. Кількість проходів:

де Н — загальна товщина напиленого шару. Для порошку на нікелевій основі Н=0,5…1 мм.

Беремо Н=0,8 мм.

7. Час напилення:

де L — довжина проходу.

8. Витрати об'єму порошку за зміну:

.

Q — 0,9 кг/год — продуктивність напилення порошку.

10.2 Параметри, які характеризують режими роботи плазмового розпилювача

Швидкість плазмового струменя, ентальпія і температура являються визначаючими характеристиками при нагріванні матеріалу, що розпилюється.

Найголовніші параметри режиму роботи плазмотрона витікають із рівняння:

де Кр — коефіцієнт, який характеризує рівномірність нагріву газу по перерізу сопла (0,4 — 0,7). Приймаємо Кр=0,6;

Gп.г. — витрати плазмоутворюючого газу (Gп.г.=3 — 4 м3/год). Приймаємо Gп.г.=4 м3/год;

Nд — потужність дуги (Nд=36 кВА);

зтр. — термічний ККД процесу (зтр.=0,3 — 0,9).

Для плазмового напилення зтр.=0,5.

Якщо враховувати вагову витрату газу

.

У процесі плазмового напилення об'ємна витрата плазмоутворюючого газу складає 2 — 4 м3/год, вагова — 0,5 — 2 г/с.

Від потужності дуги Nд помітно залежать такі її характеристики, як температура та ентальпія. Із збільшенням потужності останні теж зростають. Протилежним є лише вплив фактора витрати плазмоутворюючого газу (Gп.г.).

10.3 Параметри умов введення матеріалу який розпилюється

Грануляція частинок порошку при напиленні має велике значення і впливає на якість та фізико — механічні властивості напиленого шару.

Так при плазмовому напиленні середній діаметр таких частинок складає 10 — 200 мкм.

До параметрів, які характеризують введення порошку, належить швидкість його подачі у розпилювач; швидкість оцінюють витратою порошку (вона складає 0,25 — 2 г/с); стабільність подачі порошку знаходиться в межах 5 — 7%.

Витрата газу на подачу порошку складає 10% від витрати плазмоутворюючого газу.

Таким чином: .

Збільшення витрати транспортуючого газу полегшує подачу порошку. Попередній підігрів порошку впливає на ступінь нагріву порошку у плазмовому струмені.

10.4 Параметри, які характеризують зовнішні умови напилення

Для плазмового напилення оптимальним, у залежності від режиму роботи плазмотрону, є відстані 50 — 360 мм.

Специфічні параметри, характерні для плазмового напилення — це температура і тиск газу в камері.

Зниження тиску в камері помітно впливає на ефективність процесу. При цьому суттєво змінюється температура частинок, що напилюються, а також їх швидкість і теплофізичні властивості струменя плазми. Зі зміною тиску помітні слідуючи зміни: при нормальному тиску кут розходження аргонного струменя рівний 16 — 17о, при р=3,5· 103 Па кут знижується до 8о.

Швидкість напиляємих частинок збільшується в 4 рази. Досягає максимального значення швидкість при тиску в камері (6 — 10,5)· 103 Па.

10.5 Параметри плазмового струменя і потоку частинок, які напиляються

До параметрів плазмового струменя відносять: ентальпію, швидкість плазмового струменя на перерізі сопла розпилювача; зміни цих параметрів і складу газу по осі струменя і в перерізах; середньочасову температуру; теплові і швидкісні границі плазмового струменя; довжина високотемпературної ділянки плазмового струменя. Взагалі параметри плазмового струменя визначають нагрівання та прискорення частинок, що напилюються.

Параметри потоку частинок впливають на ефективність напилення і характеризують їхній стан біля поверхні, що напилюється. Це такі параметри: температура, ентальпія, швидкість частинок на плямі напилення, випаровування, сублімація і дисоціація, густина потоку частинок по плямі напилення, кут розходження частинок.

Середньочасова температура плазмового струменя на перерізі сопла знаходиться у межах (6 — 25)· 103 К. Цей параметр відповідає за нагрів частинок.

Середньочасова ентальпія плазмового струменя на перерізі сопла визначається температурою і теплоємністю газу. Знаходиться в межах 25 — 60 кДж/г. Впливає на нагрів частинок.

Середньочасова швидкість (1000 — 1500 м/с) визначає швидкість польоту частинок, які напилюються, і час їх польоту.

Зміна осьових параметрів струменя (температура, ентальпія, швидкість) має приблизно однакову залежність.

Теплові і швидкісні межі плазмового струменя приблизно однакові. Кут розходження струменя складає 17о при нормальному тиску. У ламінарних струменях цей кут рівний 7о.

Довжина початкової ділянки плазмового струменя (lн=40 мм) і довжина високотемпературної ділянки струменя (le=70 — 300 мм) мають велике значення для прискорення частинок.

Наступні величини характеризують параметри потоку частинок при плазмовому напиленні:

Температура частинок, що напилюються. Зазвичай наближається до температури плавлення;

Швидкість руху частинок (V=100 — 300 м/с);

Характеристики розподілу по плямі напилення швидкості і температури напилення;

Взаємодія газової фази з частинками, що напилюються. Процес взаємодії характерний при високих температурах нагріву;

Сублімація, випаровування та дисоціація. Ці позитивні чинники впливають на дані процеси. Активність даних процесів залежить від роду матеріалу напилення.

Густина потоку часток по плямі напилення (103 — 105 од/см2· с).

11. Розробляємо карту технологічного процесу

Технологічний процес плазмового напилення включає кілька послідовних операцій:

підготовка порошків

підготовка поверхні під напилення;

напилення поверхні;

механічна обробка;

контроль якості.

11.1 Підготовка порошків

Для нанесення покрить методом плазмового напилення використовують порошки заданої грануляції: 5 — 100 мкм. Обираємо 25 мкм. Перед напиленням обов’язковим є процес просушування порошку на деках при температурі 150 — 2000С протягом певного часу (залежить від виду порошку). Слідуючим етапом є просіювання порошку.

11.2 Підготовка деталі під напилення

Деталі, які підлягають напиленню, очищують від бруду, мастила механічною обробкою. Механічна обробка забезпечує потрібну шорсткість поверхні (точіння, абразивна обробка). Утворення необхідної шорсткості на поверхні під обробку і подальшу наплавку є основною підготовчою операцією.

11.3 Плазмове напилення

Режими плазмового напилення:

об'єм плями напилення ;

маса плями ;

лінійна швидкість напилення ;

горизонтальна швидкість переміщення плазмотрона ;

швидкість обертання деталі .

Після закінчення підготовки поверхні деталі під напилення починається сам процес нанесення покриття. Час між підготовкою і напиленням не повинен перевищувати 2 год. Напилення здійснюється за сім проходів плазмотрона із швидкістю, яка дає отримати товщину 0,1 мм. Щоб отримати рівномірний шар напилення, слід забезпечити вихід струменя за край оброблюємої поверхні, а кожен прохід повинен перекривати на? його ширини. Для забезпечення високої якості зчеплення покриття з підложкою наносять шари, що перекриваються.

Принцип роботи установки для плазмового напилення при використанні порошкових матеріалів полягає у наступному.

Після запуску систем охолодження, вентиляції і живлення з балону через пульт управління в плазмотрон подається плазмоутворюючий газ. Потім кнопкою «Пуск» у роботу включається осцилятор чи блок підпалу, і між катодом (вольфрамовий стержень) і анодом (мідне сопло плазмотрона) виникає плазмовий струмінь (потік), до якого з живильника подається транспортуючим газом порошок. Частки порошку, розплавлюючись у плазмі, направляються на відновлюючу поверхню деталі, вдаряючись об яку деформуються, розтікаються і, кристалізуючись, утворюють шар покриття. Після нанесення покриття деталь піддають повільному рівномірному охолодженню з метою зменшення внутрішніх напруг. Найпростішим способом регулювання режиму охолодження напиленої деталі є замотування у термоізоляційному матеріалі. Деталь після охолодження піддається механічній обробці з метою доведення її до потрібних розмірів. Так при HRC?40 відбувається обробка деталі різанням, а при HRC?40 слід обробляти поверхню шліфуванням.

Оскільки твердість нашої поверхні перевищує HRC 40, то ми обираємо механічну обробку шліфуванням.

11.4 Механічна обробка після напилення

Оскільки твердість покриття поверхні перевищує HRC 40 то в якості механічної обробки після напилення обираємо абразивну обробку шліфуванням.

Після напилення поверхня характеризується грубою структурою та чешуйчастими нашаруваннями. При шліфуванні в результаті високого тертя зростає температура, що загрожує відшаруванням, та підвищується небезпека виникнення тріщин. Тому слід шліфувати із залишком охолоджуючої рідини.

Для обробки зовнішньої поверхні матриці обираємо спосіб шліфування в підрізку. Круг подають на необхідну глибину обробки без повздовжньої подачі. Діаметр деталі залишається на кілька сотих мм більшим від потрібного. Операцію продовжують до доведення діаметру до номінального. Це є чорнова обробка.

Для шліфування обираємо круг 63С40П5СМ1К6. Це означає, що даний круг виготовлений із зеленого карбіду кремнію, із зернистістю основної фракції 6, із керамічною зв’язкою абразивних інструментів, середньом’ягкий.

Фізичні параметри круга:

Тип круга — ПП, прямого профілю (плоско-паралельний);

Діаметр круга — D (dк) = 600 мм.

Висота — Н (Вк) = 63 мм.

Тип шліфування — зовнішнє.

Швидкість обертання круга — Vк = 30?35 м/с, обираємо 35 м/с.

Швидкість обертання заготовки — Vдет = 15?35 м/хв, обираємо 35м/хв.

Глибина шліфування — t = 0,005?0,015 мм, обираємо 0,005 мм.

Повздовжня подача — S = (0,2? 0,4)Вк

S = (0,2? 0,4)Вк = 0,3 • 63 = 18,9

Круг встановлюємо шліфувальному верстаті моделі 3М225АФ2.

Кутова швидкість круга

= 1114,6 об/с, Кутова швидкість деталі

= 92,89 об/хв.

Визначаємо потужність різання і сили різання де — діаметр шліфування, 120 мм;

=0,36

= 0,5

x = 0,5

y = 0,55

q = 0

0,758 кВт, Визначаємо час обробки

хв.

Рис. 11.1 — Схема обробки

11.5 Контроль якості напиленого покриття

Існують якісні і кількісні методи вимірювання міцності зчеплення. Кількісні методи у порівнянні із якісними мають переваги, так як вимірюють абсолютні величини. Важкість застосування цих способів полягає у високій собівартості спеціальних зразків.

Якісні методики основані на відмінності фізико — механічних властивостей покрить (напилених) і підложки. Метод контролю вибирають в залежності від властивостей покриття та характеристик самої деталі.

Висновки

В процесі експлуатації валів головним чином йде процес зношування посадки під підшипник. Тому для подальшої безпечної експлуатації валу необхідна заміна зношених деталей новими. Купівля нових деталей потребує великих коштів. Це часто економічно недоцільно підприємствам, які частково простоюють.

Для того, щоб продовжити термін служби валу, в пригоді стає відновлення деталей в умовах існуючого підприємства.

Відновлення деталей методом плазмового напилення дозволить продовжити термін служби деталей на 50−70%. Це, в свою чергу, призведе покращення наступних показників:

— скорочення витрат на нові інструменти за рахунок збільшення терміну служби деталей;

— зменшення забруднення навколишнього середовища.

З економічної точки зору відновлення вала методом плазмового напилення дозволить завантажити підприємство, а також економічний ефект від впровадження технології.

Виконуючи дану курсову роботу, ознайомився з такими основними видами напилення, які найбільш притаманні для напилення таких виробів як вали. Для забезпечення раціонального процесу напилення було розроблено та обране відповідне механічне та допоміжне обладнання, яке дає змогу забезпечити високу продуктивність напилення, зменшити трудомісткість та витрати часу.

Для напилення запропонованої деталі, а саме валу, обрано плазмове порошкове напилення і проведено необхідні розрахунки, що забезпечують процес напилення.

В якості механічного та допоміжного обладнання обрано і обраховано наступне:

— верстат для автоматичного обертання деталі під напилення;

— порошковий живильник;

— плазмотрон марки «ПП-06−01»,

— інструмент для механічної обробки (шліфувальний круг).

Отже, підводячи підсумки, дійшов висновку, що обраний технологічний процес напилення є раціональним та економічно вигідним.

Література

1. Сидоров А. И. «Восстановление деталей машин напылением и наплавкой», М., Машиностроение, 1987.

2. Кащук В. А., Верещагін «Справочник шлифовщика», М., Машиностроение, 1988.

3. Нефедов Н. А. «Сборник задач и примеров по резанию металлов и режущему инструменту», М., Машиностроение, 1990.

4. Молодик М. В., Лангерт Б. А., Бредун А. К., «Відновлення деталей машин», К., «Урожай», 1985.

5. Баласанян Р. А. «Атлас деталей машин», Х., Основа, 1996 — 256 с.

6. Лоскутов В. В. «Шлифовальные станки» М., Машиностроение, 1970.

7. Гриднев В. Н., Досчатов «Справочник технолога-машиностроителя», М., Машиностроение, 1985.

8. Косиловоа А. Г., Мещеряков Р. К. «Справочник технолога машиностроителя. Том 2», М., Машиностроение 1985

9. Паноа А. А. «Обработка металов резанием», М., Машиностроение, 1988.