Исследования в области повышения качества и эксплуатационной надежности зубчатых сопряжений деталей приборов
Исследование причин повреждения поверхностей зубьев деталей "Муфта" и "Колесо зубчатое" в процессе их изготовления. Предложение технологических решений по повышению качества изготовления деталей на операциях обработки зубьев и термической обработки.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 21.06.2020 |
| Размер файла | 486,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Исследования в области повышения качества и эксплуатационной надежности зубчатых сопряжений деталей приборов
Аннотация
В статье приводятся исследования причин повреждения поверхностей зубьев деталей «Муфта» и «Колесо зубчатое» в процессе их изготовления. Предложены технологические решения по повышению качества изготовления деталей на операциях обработки зубьев и термической обработки.
Автор(ы)
Лопухова Екатерина Евгеньевна
магистрант, направление подготовки 15.04.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», Арзамасский Политехнический Институт (филиал) Нижегородского государственного технического университета им. Р. Е. Алексеева), г. Арзамас, Нижегородская область»
Платонов Александр Васильевич
кандидат технических наук, заслуженный деятель науки и техники РАЕ, доцент, кафедра «Технология машиностроения», Арзамасский Политехнический Институт (филиал) Нижегородского государственного технического университета им. Р. Е. Алексеева), г. Арзамас, Нижегородская область
Щеглетов Кирилл Алексеевич
студент, направление подготовки 15.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», Арзамасский Политехнический Институт (филиал) Нижегородского государственного технического университета им. Р. Е. Алексеева), г. Арзамас, Нижегородская область
Куманеев Максим Александрович
магистрант, направление подготовки 15.04.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», Арзамасский Политехнический Институт (филиал) Нижегородского государственного технического университета им. Р. Е. Алексеева), г. Арзамас, Нижегородская область»
Иванова Анна Викторовна
магистрант, направление подготовки 15.04.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», Арзамасский Политехнический Институт (филиал) Нижегородского государственного технического университета им. Р. Е. Алексеева), г. Арзамас, Нижегородская область»
Детали «Муфта» и «Колесо зубчатое» входят в конструкцию прибора летательного аппарата, служат для передачи крутящего момента от электродвигателя к исполнительному механизму прибора. На рисунке 1 показаны чертеж детали «Муфта», на рисунке 2 - чертеж «Колеса зубчатого».
Рис. 1. Чертёж детали «Муфта»
эксплуатационная надежность зубчатый
Детали «Муфта» и «Колесо зубчатое» изготавливаются из стали 38ХМЮА ГОСТ 4543-71. Это жаропрочная сталь, легированная хромом, алюминием и молибденом. Буква «А» в конце марки обозначает, что сталь высококачественная, то есть содержание вредных примесей (серы и фосфора) в ней минимально [1].
Рис. 2. Чертёж детали «Колесо зубчатое»
Дефекты, проявляющиеся в процессе технологии получения рассматриваемого зубчатого профиля детали, а также в процессе эксплуатации, методы их исключения, показаны далее.
Рис. 3. Чертеж прошивки для обработки зубчатого профиля детали «Муфта»
В базовом технологическом процессе обработка поверхности с внутренними зубьями в детали «Муфта» осуществлялась методом протягивания. Однако, в процессе изготовления проявлялся такой дефект, как скол части зуба. Установлено, что этот дефект вызван тем, что в некоторых протяжках наблюдается несоответствие геометрических параметров зубьев калибрующей части. Данное несоответствие обусловлено высокой степенью сложности финишной обработки зубьев протяжки, именно, тонкого шлифования. Было принято решение по проектированию, изготовлению и испытанию другого вида инструмента - прошивки (рисунок 3) [2].
Отличительные геометрические параметры протяжки и прошивки, показаны в таблице 1.
Для предупреждения дефекта, выраженного в виде преждевременного износа зубьев, проведены исследования в части возможности изменения технологии термической обработки.
Таблица 1.
Конструктивные элементы протяжки и прошивки
|
Наименование элемента конструкции инструмента |
Протяжка |
Прошивка |
Комментарии |
|
|
1. Подъем на зуб SZ (равен толщине среза) |
0,06 мм |
0,04 мм |
При увеличении SZ: · возрастает сила резания; · ухудшается шероховатость обработанной поверхности; · повышается интенсивность износа инструмента; · возникает опасность поломки инструмента; · жесткость стружки мешает ей завиваться во впадине зуба, что приводит к заклиниванию стружки и к поломке инструмента |
|
|
2. Форма и размеры стружечных канавок · глубина · канавок h · шаг зубьев t |
1,3 мм 2,8 мм |
1,2 мм 3 мм |
От данных параметров зависит заполняемость стружечных канавок и процесс удаления стружки. При уменьшении h и t: · возрастает число одновременно работающих зубьев, следовательно, увеличивается сила резания, появляется опасность поломки инструмента; · стружка не умещается в канавке, что не исключает заклинивание и появление рисок на поверхности зубьев детали. При увеличении h и t: · увеличивается объем стружечных канавок, следовательно, уменьшается толщина сердцевины инструмента, при этом его длина увеличивается, что уменьшает жесткость инструмента и приводит к поломке. |
|
|
3. Число калибрующих зубьев |
2 |
5 |
С увеличением числа калибрующих зубьев улучшается шероховатость обработанной поверхности зубьев детали. |
В таблице 2 приведены сравнительные показатели, характеризующие возможности существующего метода термической обработки детали (цементация) и предлагаемого - азотирование.
Таблица 2.
Сравнительные показатели методов термической обработки, приемлемых для обработки детали «Муфта»
|
Цементация |
Азотирование |
|
|
Достоинства методов |
||
|
1. Твердость слоя 50…58 HRC. 2. Высокая износостойкость. 3. Высокая коррозионная стойкость. 4. Длительность процесса 10 часов для получения слоя (значительно быстрее, чем при азотировании) 5. Толщина слоя 1…2 мм (выше, чем при азотировании), поэтому детали, подвергнутые цементации, выдерживают большие нагрузки. 6. Для цементации применяются дешевые углеродистые стали. 7. Стоимость деталей, упрочненных цементацией, ниже стоимости азотированных деталей. |
1. Высокая твердость слоя 58…65 HRC (выше, чем после цементации). 2. Азотирование не вызывает деформации детали и поэтому не требует дополнительной обработки поверхности. 3. Температура проведения процесса 500…600 0С. 4. Высокая износостойкость. 5. Высокая коррозионная стойкость. 6. Теплостойкость поверхностного насыщенного слоя сохраняется до 500…600 °С. 7. Высокое сопротивление усталости. 8. Высокое сопротивление знакопеременным нагрузкам |
|
|
Недостатки методов |
||
|
1. Температура проведения процесса 900…950 0С (значительно выше, чем при азотировании). 2. Цементация вызывает деформацию детали, поэтому после цементации требуется чистовая обработка. 3. Теплостойкость поверхностного насыщенного слоя сохраняется до 200…250 °С. |
1. Большая длительность процесса насыщения (до 50 часов). 2. Толщина слоя 0,3…0,6 мм меньше, чем толщина слоя, полученного цементацией (1…2 мм). 3. Для азотирования применяют дорогие легированные стали. 4. Стоимость деталей, упрочненных азотированием, выше стоимости деталей, упрочненных цементацией. |
Проведя анализ применяемых видов термообработки, мы выбрали наиболее перспективный метод термической обработки - азотирование. Данный способ обработки деталей представляет собой диффузионное насыщение поверхностного слоя изделия азотом при нагреве в соответствующей среде при температуре 450…800 0С [3].
Для определения глубины и твердости поверхностного слоя зубьев детали, получаемых после термообработки, проведены исследования источников технической литературы [3] с целью выявления оптимальных режимов термообработки.
Температура и длительность азотирования влияют на толщину азотированного слоя (рисунок 4а) и твердость (рисунок 4б).
Рис. 4. Влияние температуры и продолжительности азотирования на твердость и глубину диффузионного слоя на стали 38XMЮA
Наивысшая твердость HV (по шкале Виккерса) 1100…1200 достигается при температуре азотирования 500…520° С. С повышением температуры твердость сильно снижается и при 600°С составляет HV 750…800. Высокая твердость на поверхности азотированного слоя достигается за короткие промежутки времени (15…30 минут), но при испытании на приборе Виккерса даже при малой нагрузке (50 МПа) твердость при коротких выдержках оказывается пониженной. Это объясняется продавливанием алмазным индентером тонкого диффузионного слоя. Чем выше температура диффузии, тем меньше время азотирования для получения упрочненного слоя. Минимальная выдержка при 520°С должна составлять 8…10 ч, при 550° С - 5…6 ч и при 600°С - 1…3 ч.
Таблица 3.
Технологические режимы азотирования
В таблице 3 показаны технологические режимы термической обработки методом азотирования.
Рис. 5. Рост глубины азотированного слоя во время насыщения при 520 и 620 °С
Чем выше температура азотирования, тем менее резко выражается уменьшение твердости по толщине диффузионного слоя.
Исходя из проведенных исследований, были выбраны оптимальные режимы для проведения азотирования, приведенные в таблице 4.
Таблица 4.
Принятые режимы азотирования
|
Марка стали |
Температура, 0С |
Продолжительность, ч. |
Толщина слоя, мм |
Получаемая твердость HV |
|
|
38ХМЮА |
550 |
30…35 |
0,2…0,3 |
950…1000 |
Выводы
При проведении анализа неисправностей зубчатого соединения выявлено, что наиболее часто выходит из строя деталь «Муфта». Для исключения поломок и повышения износостойкости данной детали было принято решение о совершенствовании технологического процесса ее механической обработки, спроектирован усовершенствованный режущий инструмент (прошивка) и приняты научно обоснованные режимы термической обработки «азотирования».
Список использованных источников
1. ГОСТ 4543-2016 Металлопродукция из конструкционной легированной стали. Технические условия // КонсорциумКодекс: электронный фонд правовой и нормативно-технической документации. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200143499 (дата обращения 08.01.2020).
2. Мокроносов Л. Д., Бородина Н. В., Мирошин Д. Г. Проектирование металлорежущих инструментов: учеб. пособие. 2-е изд., перераб. и доп. Екатеринбург: Изд-во ГОУ ВПО «Рос. гос. проф.- пед. ун-т», 2013. 136 с.
3. Гуляев А. П. Металловедение: учебник для вузов. 6-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1986. 544 с.
4. Сталь 38ХМЮА // Справочник инженера: сайт справочной инженерно-технической информации. URL: https://inzhener-info.ru/razdely/materialy/konstruktsionnye-stali/deformiruemye-stali/tsementuemye-i-azotiruemye-stali/stal-azotiruemaya-38kh2myua-38khmyua.html (дата обращения 18.01.2020).
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Технология изготовления деталей и узлов подсвечника, выбор материалов. Обоснование технологии изготовления деталей, выбор технологических переходов и операций. Последовательность изготовления художественного изделия методом обработки деталей давлением.
курсовая работа [419,5 K], добавлен 04.01.2016Расширение технологических возможностей методов обработки зубчатых колес. Методы обработки лезвийным инструментом. Преимущества зубчатых передач - точность параметров, качество рабочих поверхностей зубьев и механических свойств материала зубчатых колес.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 23.02.2009Обзор режимов закалки и отпуска деталей штампового инструмента горячего деформирования. Выбор стали для изготовления деталей штампов, обрабатывающих металл в горячем состоянии. Характеристика микроструктуры и свойств штампов после термической обработки.
контрольная работа [22,5 K], добавлен 18.05.2015Материал для изготовления зубчатых колес, их конструктивные и технологические особенности. Сущность химико-термической обработки зубчатых колес. Погрешности изготовления зубчатых колес. Технологический маршрут обработки цементируемого зубчатого колеса.
реферат [16,6 K], добавлен 17.01.2012Проектирования технологических процессов обработки деталей. Базирование и точность обработки деталей. Качество поверхностей деталей машин. Определение припусков на механическую обработку. Обработка зубчатых, плоских, резьбовых, шлицевых поверхностей.
курс лекций [7,7 M], добавлен 23.05.2010Сведения по технологии изготовления червячных редукторов. Методы обработки профиля витков червяка. Нарезание зубьев червячных колес. Типовые варианты обработки червячной пары. Преимущества и недостатки метода пригонки деталей с неподвижным компенсатором.
курсовая работа [7,1 M], добавлен 14.01.2011Описание цикла изготовления зубчатых колес и роль процессов, связанных с формообразованием зубьев. Изучение различных методов нарезания зубьев цилиндрических зубчатых колёс: фрезерование, долбление, закругление, шевингование, шлифование, строгание.
контрольная работа [804,3 K], добавлен 03.12.2010Основы технологии термической обработки металлов и сплавов. Термическая обработка - этап технологического процесса изготовления деталей. Улучшение обрабатываемости материалов давлением или резанием. Формирования технических и электрических свойств.
реферат [53,8 K], добавлен 20.01.2009Изучение условий эксплуатации деталей, требований, предъявляемых к зубчатым колесам. Анализ химико-термической обработки и улучшения, представляющих собой полную закалку и высокий отпуск. Обзор контроля качества термической обработки полуфабрикатов.
курсовая работа [244,1 K], добавлен 14.12.2011Виды повреждений зубчатых колес и причины их возникновения. Типы поверхностных макроразрушений материала зубьев. Зависимость между твердостью рабочих поверхностей зубьев и характером их повреждений. Расчет нагрузочной способности зубчатых колес.
реферат [24,1 K], добавлен 17.01.2012Рассмотрение устройства и назначения зубчатых колес; их классификация по технологическому признаку. Нормативные показатели кинематической точности, плавности работы колеса и контактов зубьев. Методы формообразования и отделочной обработки детали.
презентация [1,9 M], добавлен 05.11.2013Типовые технологические маршруты изготовления зубчатых колес и влияние технологических факторов на динамику, виброактивность, ресурс и надежность работы передач. Оценка качества поверхностного слоя зубьев и основные операции процесса их изготовления.
реферат [21,7 K], добавлен 01.05.2009Составление технологического процесса для обработки детали зубчатое колесо с детальной разработкой документации технологии её изготовления с помощью САПР "Вертикаль" и "Компас 3D". Расчет режимов резания для обработки двух поверхностей. Карты наладок.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 24.09.2010Методика выбора оптимальных маршрутов обработки элементарных поверхностей деталей машин: плоскостей и торцев, наружных и внутренних цилиндрических. Выбор маршрутов обработки зубчатых и резьбовых поверхностей, отверстий. Суммарный коэффициент трудоемкости.
методичка [232,5 K], добавлен 21.11.2012Геометрические параметры и физико-механическое состояние поверхностного слоя деталей. Граничный и поверхностный слой. Влияние механической обработки, состояния поверхностного слоя заготовки и шероховатости на эксплуатационные свойства деталей машин.
презентация [1,9 M], добавлен 26.10.2013Требования предъявляемые зубьям шестерен. Термическая обработка заготовок. Контроль качества цементованных деталей. Деформация зубчатых колес при термической обработке. Методы и средства контроля зубчатых колес. Поточная толкательная печь для цементации.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 10.01.2016Понятие и виды технологических процессов обработки изделий в машиностроении. Признаки классификации методов изготовления деталей машин. Классификация по природе и характеру воздействия. Виды методов изготовления деталей по схемам формообразования.
контрольная работа [19,0 K], добавлен 05.11.2008Показатели физико-механических и технологических свойств материалов. Обоснование выбора моделей и деталей кроя. Параметры образования клеевых соединений. Характеристика применяемых машинных строчек. Анализ основных методов обработки деталей и узлов.
курсовая работа [880,9 K], добавлен 03.12.2011Использование комбинации термической обработки и пластической деформации для обеспечения высоких механических свойств деталей и полуфабрикатов. Устройства для подогрева, охлаждения и перемешивания закалочных сред. Установки для обработки деталей холодом.
реферат [33,1 K], добавлен 06.11.2012Обработка зубчатых колес. Методики автоматизированного проектирования технологических процессов. Создание программы автоматизации составления маршрута техобработки типовых деталей типа "зубчатое колесо". Методология функционального моделирования IDEFO.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 09.04.2012
