Технология восстановления полуосей заднего моста КамАЗ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Технология восстановления полуосей

Исходные данные для расчетов

Заключение

Список литературы



Введение

Важнейшей задачей современного сельскохозяйственного производства является рациональное использование имеющихся материальных ресурсов. Из-за отсутствия средств на приобретение новой техники, увеличения сезонной нагрузки на каждую машину резко возрастает трудоемкость ремонтных работ. Ежегодные затраты хозяйств агропромышленного комплекса на запасные части составляют более 50% от стоимости капитальных ремонтов. Особое место в решении задачи увеличения валового сбора и уменьшения потерь сельскохозяйственной продукции отводится грузовым автомобилям.

Известно, что надежность автомобиля в значительной мере определяется работоспособностью деталей трансмиссии, в частности тяжелонагруженных деталей, таких как, например, полуоси задних мостов КамАЗа, процент выбраковки которых при капитальном ремонте составляет более 60%.

Изготовление полуосей вновь из круглого проката ведет к неоправданно завышенному перерасходу высоколегированной стали.

А уменьшение размеров поперечного сечения при восстановлении полуосей, а также нанесение дополнительных материалов непосредственно на рабочие поверхности недопустимо.



Рисунок - Задний мост автомобиля КамАЗ:

1 - кольцо проставочное; 2 - барабан тормозной; 3 - щиток; 4 - клапан предохранительный; 5 - картер главной передачи; 6 - шпилька; 7 - прокладка картера; 8 - полуось правая; 9 - картер заднего моста; 10 - пробка контрольная; 11 - пробка сливная магнитная; 12 - полуось левая; 13 - подушка рессоры; 14 - кронштейн реактивной штанги; 15 - болт; 16 - камера тормозная с пружинным энергоаккумулятором; 17 - устройство тормозной; 18 - манжета; 19, 20 - подшипники конические роликовые; 21 - гайка фиксации подшипников; 22 - прокладка полуоси; 23 - шайба стопорная контргайки; 24 - контргайка; 25 - шпилька фиксации полуоси; 26 - гайка; 27 - шайба пружинная; 28 - втулка разжимная; 29 - ступица; 30 - прижим колеса;



Технология восстановления полуосей

При восстановлении полуосей в качестве компенсирующего износ металла используют компенсатор цилиндрической формы, длину которого выбирают, исходя из объема изношенного металла и припусков на обработку резанием, компенсатор приваривают на нерабочий торец шлицевого вала, после чего производят локальный нагрев вала в зоне шлицевой поверхности до температуры пластичности металла и его установку в размещенный в прессе с вертикальным усилием штамп с подвижной в горизонтальном направлении разъемной матрицей, имеющей кольцевой цилиндрический приемник, ширина которого равна горизонтальному ходу матрицы, в штампе производят зажим и центрирование вала по цилиндрической поверхности хвостовика клиновым механизмом, связанным со встроенным в штамп гидроцилиндром из условия обеспечения компенсации отклонения диаметра хвостовика в месте зажима, а затем осуществляют горизонтальную одностороннюю осадку вала в разъемной матрице пуансоном с усилием Pr, величину которого определяют из следующей формулы:

где - коэффициент трения металла детали о матрицу штампа;

в - предел текучести металла при заданной температуре деформации, МПа;

r - радиус компенсатора, мм;

l - длина компенсатора, м;

h - ширина кольцевого цилиндрического приемника, мм;

R - наружный радиус шлицевой поверхности восстановленной детали, мм;

- угол наклона образующей конусного среза на шлицевой поверхности, град;

L - длина восстанавливаемой шлицевой поверхности, мм,

при этом зажим хвостовика вала производят с усилием, гарантированно превышающим усилие односторонней горизонтальной осадки, и используют пресс с вертикальным усилием, величину которого Pв определяют из следующего соотношения:

Pв/Fгор.прPг/Fсеч,

где Fгор.пр. - площадь проекции на горизонтальную плоскость деформируемой поверхности,мм2;

Fсеч - площадь поперечного сечения пуансона, мм2.

Зажим детали при осадке осуществляется перпендикулярно к направлению усилия осадки по нерабочей цилиндрической поверхности хвостовика клиновым механизмом, компенсирующим отклонения диаметра хвостовика в месте зажима и взаимодействующим со встроенным в штамп гидроцилиндром, связанным трубопроводом высокого давления с работающим автономно от гидросистемы пресса гидроусилителем. Такой способ обеспечивает неподвижность детали в процессе деформации и исключает ее проскальзывание между клиньями при односторонней осадке за счет обеспечения усилия поперечного клинового зажима, гарантированно превышающего расчетное значение усилия горизонтальной осадки, учитывающее такие составляющие, как усилие на преодоление силы трения металла о стенки матрицы, усилие радиального вдавливания компенсатора при заполнении металлом гравюры штампа в виде цилиндрического пояска со стороны торца детали, усилие деформирования конусного перехода между компенсатором и шлицевой поверхностью, а также усилие осадки, необходимое для окончательного формирования цилиндрической поверхности. Использование способа для восстановления полуосей задних мостов автомобилей позволяет получить из изношенной детали качественную поковку с достаточными для последующей обработки резанием припусками и идентичной основному металлу шлицев структурой без применения наплавки дополнительного металла на рабочие боковые поверхности шлицев, сквозного нагрева по всем поверхностям и использования штампа для закрытой объемной штамповки с матрицей, целиком копирующей всю форму восстанавливаемой длинномерной детали, как это предлагают известные способы восстановления подобных деталей.

Оригинальность способа заключается в том, что для зажима детали используют пресс с вертикальным усилием и клиновой механизм, обеспечивающий не только осевую неподвижность детали при односторонней осадке, но и компенсирующий отклонения диаметров восстанавливаемых деталей в месте зажима, сохраняя первоначальную соосность поверхностей, исключая изгиб и исправляя коробление.

Рисунок 1 - Схема восстановления полуоси



Рисунок 2 - разрез А - А рисунка 1, иллюстрирующий действие клинового зажима



Рисунок 3 - Промежуточная стадия вытеснения металла компенсатора в гравюру штампа



Рисунок 4 - окончательная стадия осадки шлицевого конца полуоси при восстановлении

1 - компенсатор; 2 - нерабочий торец вала; 3 - полуось; 4 - шлицевая поверхность; 5 - хвостовик; 6 - клинья; 7 - поршень; 8 - гидроцилиндр; 9 - трубопровод высокого давления; 10 - гидроусилитель; 11, 12 - полуматрицы; 13 - пуансон; 14 - силовой гидроусилитель; 15 - гравюра;16 - кольцевой цилиндрический приемник; 17 - конусный переход; 18 - торец пуансона; 19 - цилиндр; 20 - матрица; 21 - поля линий скольжения; 22 - радиальный зазор; 23 - сварной шов;

трансмиссия полуось автомобиль кузнечный

Способ осуществляется следующим образом.

Дополнительный материал, компенсирующий износ и припуски на обработку, в виде компенсатора 1 (рисунок1) цилиндрической формы длиной l приваривают стыковой сваркой к нерабочему торцу 2 полуоси 3. Длину l определяют из соотношения:



где z - число шлицев,

V - объем шлицевой впадины, мм3;

R - наружный диаметр шлицевой поверхности восстановленной полуоси 3, мм;

t - припуск на обработку резанием, мм;

L - длина шлицевой поверхности, мм;

r - радиус компенсатора 1, мм;

i - величина оплавления и усадки металла компенсатора 1 при стыковой контактной сварке, мм.

Затем нагретую до температуры пластической деформации в зоне шлицевой поверхности 4 полуось 3 зажимают за хвостовик 5 клиньями 6 (рисунок 2). При этом разность диаметров хвостовика 5 в месте зажима компенсируется ходом hц поршня 7 встроенного гидроцилиндра 8, соединенного трубопроводом высокого давления 9 с гидроусилителем 10. Ход поршня hц определяют из соотношения:

где Rxmax - максимально допустимый радиус хвостовика 5 полуоси 3, мм;

Rxmin - минимально допустимый радиус хвостовика 5 полуоси 3, мм,

j - угол призмы клина 6, град.,

- угол клина 6, град.

При отсутствии компенсации отклонений размеров хвостовика 5 при смыкании полуматриц 11, 12 (рисунок 1) штампа произойдет смещение оси стержня хвостовика 5 относительно оси шлицевой поверхности 4, приводящее к искривлению полуоси 3.

Осевое усилие зажима Pз хвостовика 5 полуоси 3, необходимое для обеспечения неподвижности полуоси 3 при односторонней осадке с усилием Pг шлицевой поверхности 4 и исключения появления проскальзывания, определяют из соотношения:

Pз = Pкл = R2цctgcos,

где Pкл - радиальное усилие клинового зажима 6 (рисунок 2), кН;

- коэффициент трения;

- давление рабочей жидкости в гидроусилителе, МПа;

Pц - радиус поршня 7 встроенного гидроцилиндра 8, мм.

Увеличение усилия зажатия детали достигают уменьшением угла клинового зажима в пределах соблюдения условия самоторможения клина.

После зажима пуансоном 13 (рисунок 1), закрепленным на штоке силового гидроцилиндра 14, производят пластическое деформирование с усилием Pг шлицевого конца 4 полуоси 3, заставляя компенсирующий металл 1 вдавливаться в тело полуоси 3 и перемещать основной металл на изношенную шлицевую поверхность 4, заполняя гравюру 15, образованную подвижными в горизонтальном направлении сомкнутыми полуматрицами 11, 12. При этом происходит увеличение диаметра шлицевой поверхности 4 до 2R и заполнение шлицевых впадин.

Так как процесс осадки протекает не стационарно, то его условно разделяют на 2 стадии: на 1-й начальной стадии (рисунок 3) происходит промежуточное вытеснение металла компенсатора 1 в кольцевой цилиндрический приемник 16 с одновременной осадкой конусного перехода 17; на 2-й конечной стадии (рисунок 4) происходит совместное движение полуматриц 11, 12 под воздействием торца 18 пуансона 13 до смыкания, сопровождающееся осадкой цилиндра 19 и полным заполнением металлом гравюры 15, застойных зон и углов штампа, вытеснением холодных спаев в зону припуска.

Соответственно принятому допущению суммарное горизонтальное усилие деформации Pг складывается из следующих составляющих:

Pг = Pт + Pц + Pк + Pо,

где Pт - усилие на преодоление силы трения компенсатора 1 о стенки матрицы 20 (рисунок 3), кН;

Pц - усилие радиального выдавливания, необходимое для заполнения металлом кольцевого цилиндрического приемника 16 шириной h, кН;

Pк - усилие, необходимое для деформирования конусного перехода 17, кН;

Pо - усилие осадки цилиндра 19 (рисунок 4), кН.

После соответствующих подстановок, используя для определения возможных направлений течения металла на различных стадиях метод линий скольжения, заключающийся в построении схемы поля линий скольжения 21 (рисунок 3) в начальный момент, из которого видно, что имеются два очага пластической деформации на выходе металла в цилиндрический диаметральный приемник 16 и на свободной поверхности конусного перехода 17, получают окончательную формулу для определения усилия горизонтальной осадки Pг, достаточного для полного формообразования поковки:



где - коэффициент трения металла детали о стенки матрицы 20 при горячем деформировании шероховатым инструментом 13;

в - предел текучести металла при заданной температуре деформации, МПа;

h - ширина кольцевого цилиндрического приемника 16 в гравюре 15 штампа, равная радиальному зазору 22, соответствующего горизонтальному ходу подвижных полуматриц 11, 12 при окончательном формообразовании поковки осадкой, мм, которая должна удовлетворять неравенству 0,5 l > h > L/2R.

Невыполнение этого условия ведет к образованию зажима или к возникновению зоны торможения в переходной зоне от сварного шва 23 к конусному переходу 17 из-за возможной разницы сопротивлений деформированию в кольцевой части длиной h компенсатора 1 и в конусном переходе 17,

b - величина затекания металла в цилиндрический приемник 16, мм, определяется из выражения:

b = R- r;

- угол наклона образующей конусного среза 17 на шлицевой поверхности 4 полуоси 3, град,

L - длина восстанавливаемой шлицевой поверхности 4, мм.

Использование предлагаемых формул позволяет соблюдать условие неравенства усилий

Pг < P3,

что гарантирует неподвижность детали в процессе деформации, исключает проскальзывание.

Для обеспечения условия нераскрываемости штампа в процессе осадки используют пресс с вертикальным усилием, при этом должно соблюдаться неравенство:

Pв/Fгор.пр.Pг/Fсеч,

где Pв - вертикальное усилие пресса (рисунок 1), кН;

Fгор.пр - площадь проекции на горизонтальную плоскость деформируемой поверхности 4, мм2;

Fсеч - площадь поперечного сечения пуансона 13, мм2.

После подстановки определяют минимально необходимое вертикальное усилие пресса:

Pв Pг2RL/(r2)

Приведенные расчеты усилий необходимы для правильного выбора кузнечно-прессового оборудования, проектирования штамповой оснастки и формующих элементов с необходимыми и достаточными прочностными показателями.

Исходные данные для расчетов

Пример конкретного выполнения способа восстановления проведен для полуоси заднего моста автомобиля КамАЗ из стали 47ГТ ГОСТ 5750-73, имеющей следующие, необходимые для расчетов исходные данные:

число шлиц, z = 16;

объем шлицевой впадины, Vшл = 1450 мм2;

наружный радиус шлицевой поверхности восстановленной полуоси, R = 27 мм;

припуск на обработку резанием, t = 1 мм;

длина шлицевой поверхности, L = 92 мм;

радиус компенсатора, r = 22,5 мм;

величина оплавления и усадки при стыковой контактной сварке, i = 7 мм;

оптимальная длина компенсатора, l = 18 мм;

максимально допустимый радиус хвостовика полуоси, Rxmax = 25,25 мм;

минимально допустимый радиус хвостовика полуоси, Rxmin = 24,75 мм;

угол призмы зажима, = 45o;

угол клина зажима, = 10o;

ход поршня встроенного цилиндра для компенсации разности диаметров хвостовика, hц = 8 мм;

коэффициент трения, = 0,5;

давление рабочей жидкости в гидроусилителе, p = 10 МПа;

радиус поршня встроенного гидроцилиндра, Rц = 120 мм;

радиальное усилие клинового зажима, Pкл = 1800 кН;

осевое усилие зажима хвостовика, Pз = 900 кН;

предел текучести стали при 1000oC, s = 100 МПа;

ширина кольцевого цилиндрического приемника в матрице штампа, h = 10 мм;

величина затекания металла в цилиндрический приемник, b = 4,5 мм;

угол наклона образующей конусного среза на шлицевой поверхности = 30o;

горизонтальное усилие деформирования, Pг = 800 кН;

вертикальное усилие пресса, Pв = 2400 кН.

Приварку компенсатора проводят на машине стыковой сварки МС-20.08 УХЛЧ.

Далее механической обработкой удаляют грат в месте сварного шва, нагревают в соляной печи СВС-4.7.5.3/10.54 изношенный участок в зоне шлицевой поверхности до температуры 110050oC, после чего проводят пластическое деформирование основного металла рабочей поверхности воздействием на дополнительный материал со стороны нерабочего торца детали путем осадки в штампе на 250-тонном гидропрессе ДБ2434В.

При этом происходит перераспределение металла, сопровождающееся заполнением шлицевых впадин, компенсацией износа и созданием припусков на обработку резанием.После штамповки заготовка полуоси проходит правку на прессе Р-337, токарную обработку, шлиценарезание на машине 5350А и поверхностную закалку ТВЧ на установке ВЧ21-100



Заключение

Таким образом, данный способ позволяет достичь следующих результатов.

1. получить осадкой за один рабочий ход пресса из изношенной полуоси качественную поковку с равномерными и достаточными припусками на шлицевой поверхности.

3. расширить номенклатуру восстанавливаемых давлением деталей с обеспечением качества и долговечности реновационных полуосей не ниже, чем новых.

4. избежать образование зажимов и заусенцев, застойных зон на наружной поверхности поковки, исключить ее искривление в процессе осадки, тем самым повысить качество восстановленного изделия.

5. Микроструктура рабочих поверхностей шлицев у восстановленных деталей, представляющая мелкоигольчатый мартенсит, не отличается от новых, серийно изготовленных.



Список литературы

1. Легун В.А. Восстановленные детали как новые // Техника в сельском хозяйстве, №4, 1983. 53-55с.

2. Масино М.А. Повышение долговечности автомобильных деталей при ремонте. М.: Транспорт, 1972. 148с.

3. Авдеев Н.В. Металлирование. М.: Машиностроение, 1978. 184с.

4. Вадивасов Д.Г. Рекомендации по организации и технологии восстановления изношенных деталей. М.: 1970. 120с.

5. Микотин В.Я. Технология ремонта сельскохозяйственных машин и оборудования. М.: Колос, 1997. 367с.

6. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977. 423с.

7. Технические условия на капитальный ремонт автомобиля КамАЗ. Минавтотранс РСФСР. М.: ОНТИ - ГОСНИТИ, 1971.

Размещено на Allbest.ru

...