Марка чугуна

Временное сопротивление, МПа

Условный предел текучести, МПа

Относительное удлинение, %, не менее

Твёрдость НВ

ВЧ50

500

320

7

153…245

№

детали

Износ, мм

№

детали

Износ, мм

№

детали

Износ, мм

1

2

3

4

5

6

1

1,527

21

1,687

41

1,867

2

1,537

22

1,687

42

1,867

3

1,557

23

1,687

43

1,867

4

1,557

24

1,717

44

1,877

5

1,557

25

1,727

45

1,887

6

1,557

26

1,747

46

1,887

7

1,567

27

1,817

47

1,907

8

1,597

28

1,817

48

1,947

9

1,607

29

1,827

49

1,957

10

1,607

30

1,827

50

1,957

11

1,607

31

1,827

12

1,607

32

1,837

1

2

3

4

5

6

13

1,627

33

1,837

14

1,627

34

1,847

15

1,627

35

1,857

16

1,657

36

1,857

№

детали

Износ, мм

№

детали

Износ, мм

№

детали

Износ, мм

1

0,379

21

0,679

41

0,829

2

0,579

22

0,679

42

0,849

3

0,619

23

0,679

43

0,859

4

0,629

24

0,679

44

0,879

5

0,629

25

0,689

45

0,889

6

0,629

26

0,689

46

0,889

7

0,629

27

0,689

47

0,909

8

0,639

28

0,689

48

0,929

9

0,649

29

0,699

49

0,929

10

0,649

30

0,699

50

0,949

11

0,649

31

0,709

12

0,649

32

0,709

13

0,649

33

0,709

14

0,649

34

0,709

15

0,649

35

0,739

16

0,649

36

0,749

17

0,669

37

0,759

18

0,669

38

0,759

19

0,679

39

0,779

20

0,679

40

0,779

№

детали

Износ, мм

№

детали

Износ, мм

№

детали

Износ, мм

1

2

3

4

5

6

1

1,017

21

1,447

41

1,737

2

1,027

22

1,457

42

1,747

3

1,027

23

1,467

43

1,757

4

1,037

24

1,467

44

1,767

5

1,127

25

1,477

45

1,817

6

1,137

26

1,477

46

1,877

1

2

3

4

5

6

7

1,157

27

1,477

47

1,917

8

1,177

28

1,477

48

1,917

9

1,187

29

1,477

49

1,967

10

1,237

30

1,497

50

1,977

11

1,367

31

1,507

12

1,407

32

1,517

13

1,407

33

1,537

14

1,417

34

1,547

15

1,417

35

1,567

16

1,427

36

1,577

17

1,427

37

1,627

18

1,427

38

1,637

19

1,437

39

1,637

20

1,447

40

1,677

Показатель

Интервал, мм

1,527-1,597

1,597

-

1,667

1,667

-

1,737

1,737

-

1,807

1,807

-

1,877

1,877

-

1,947

1,947

-

2,017

Середина интервала

И_срj, мм

Частота

Опытная вероятность Р_j

1,562

8

0,16

1,632

11

0,22

1,702

8

0,16

1,772

1

0,02

1,842

18

0,36

1,912

5

0,1

1,982

3

0,06

Показатель

Интервал, мм

0,379-0,469

0,469

-

0,559

0,559

-

0,649

0,649

-

0,739

0,739

-

0,829

0,829

-

0,919

0,919

По данным таблицы 6 строим гистограмму и полигон распределения износов шеек под шестерню.

.

Рисунок 2 Гистограмма и полигон распределения износов шеек под шестерню.

Рассчитаем статистические показатели для коренных шеек.

Протяжённость одного интервала для шеек под шестерню:

мм.

Округляем в большую сторону, получим А=0,14 мм.

Построим статистический ряд (таблица 7).

Таблица 7-Статистический ряд

По данным таблицы 7 строим гистограмму и полигон распределения износов шеек под шестерню.

Рисунок 3 Гистограмма и полигон распределения износов коренных шеек.

5. Выбор рационального способа восстановления детали

Как правило, изношенные поверхности деталей могут быть восстановлены несколькими способами. В каждом конкретном случае необходимо выбрать самый рациональный из них для обеспечения наилучших экономических показателей. Это зависит от конструктивно-технологических характеристик детали (формы, размера, материала, термообработки, поверхностной твердости и шероховатости), условий ее работы (характера нагрузки, рода и вида трения) и величины износа, а также стоимости восстановления.

Для учета названных факторов рекомендуется последовательно использовать три критерия:

технологический критерий, или критерий применимости;

технический критерий (критерий долговечности);

3) технико-экономический критерий (отношение себестоимости восстановления к коэффициенту долговечности).

Первый учитывает, с одной стороны, особенности поверхностей, а с другой – технологические возможности способов восстановления. После выявления возможных способов, исходя из технологических соображений, применяют технический критерий, то есть отбирают те методы, которые обеспечивают наибольший последующий межремонтный ресурс этих поверхностей. Эта оценка производится по коэффициенту долговечности К_Д, который в общем случае представляет собой функцию трех других коэффициентов:

К_Д=f (К_И К_В К_СЦ), (6)

где К_И – коэффициент износостойкости,

К_В – коэффициент выносливости,

К_СЦ – коэффициент сцепляемости,

f – поправочный коэффициент, учитывающий фактическую работоспособность восстановления деталей в условиях эксплуатации (f = 0,8…0,9). Для количественной оценки критерия долговечности необходимо иметь информацию по техническим ресурсам детали. Получение этих данных в процессе эксплуатации машин занимает много времени. К тому же не представляется возможным выявить основные физико-химические свойства восстановленных и новых деталей, которые определяют их долговечность. При получении указанных параметров на практике применяют методы ускоренных лабораторно-стендовых испытаний на надежность. Чтобы получить достоверную информацию, необходимо проводить испытания соответствующих деталей и соединений при одинаковых режимах нагрузки, скоростях относительного скольжения, температурах рабочих поверхностей и смазочных материалах. Оптимальным признается способ, имеющий минимальный технико-экономический показатель, равный отношению себестоимости восстановления к коэффициенту долговечности:

(7)

где С_В – себестоимость восстановления поверхности, руб.;

К_Д – коэффициент долговечности восстанавливаемой поверхности.

Себестоимость восстановления С_В определяется из выражения:

С_В = С_У S (8)

где С_У – удельная себестоимость восстановления, руб./дм²;

S – площадь восстанавливаемой поверхности, дм².

У коленчатого вала поверхности шатунных и коренных шеек могут быть восстановлены следующими способами: вибродуговая наплавка в жидкости, двухслойная наплавка под легирующим слоем флюса, плазменная металлизация, наплавка под легирующим флюсом по оболочке.

Предварительно отобранные методы восстановления для изношенных поверхностей сравниваются по значению технико-экономического показателя и сводятся в таблицу 8.

Таблица 8-Технико-экономическая характеристика способов восстановления шатунных шеек, шеек под шестерню и коренных.

Несмотря на одинаковые технико-экономические показатели последних двух способов, наиболее приемлемым является способ под легирующим слоем флюса по оболочке.

Достоинство этого способа является отсутствие пор и трещин, высокие прочностные характеристики и простое, доступное по цене оборудование.

При испытании на усталостную и статическую прочность на машине УП-50 конструкции ЦНИИМАШ, лучшими характеристиками обладали образцы, восстановленные именно этим способом.

6 Расчет основных режимов нанесения покрытия.

6.1 Сущность способа восстановления наплавкой под легирующим флюсом по оболочке.

Сущность способа заключается в следующем. Деталь обвертывают металлической оболочкой из листовой стали, плотно прижимают оболочку к поверхности детали с помощью специального приспособления и сваркой в среде углекислого газа прихватывают ее в стыке. После удаления приспособления производят автоматическую наплавку под флюсом непосредственно по металлической оболочке.

Технические требования при наплавке под легирующим флюсом по оболочке:

- твердость шеек после наплавки HRC 56-62;

- масляные каналы и грязеуловители должны быть очищены;

- овальность и конусность шеек не более Ra 0,2-0,4;

- биение средней коренной шейки относительно крайних не более 0,02 мм;

- не параллельность осей шатунных и коренных шеек не более 0,012 мм.

При наплавке выбираем проволоку Св.-08, ГОСТ-2246-70; флюс АН-348-А, ГОСТ-9087-69 по оболочке.

6.2 Разработка режимов восстановления

Основные режимы наплавки.

Сварочный ток выбираем по эмпирической формуле:

, (9)

где D - диаметр детали, мм.

Для шатунных и коренных шеек, с диаметром 60 мм и 70 мм соответственно, сварочный ток принимаем:

I_св = 40 (3,91…4,12) = 156,4…164,8 А

Принимаем I_св = 160 А.

Напряжение при наплавке принимаем U = 20…21 В.

Диаметр проволоки d_пр = 1,6 мм.

Для шейки под шестерню, с диаметром 40 мм, сварочный ток принимаем:

I_св = 40·3,41 = 136,4 А

Принимаем I_св = 140 А.

Напряжение при наплавке принимаем U = 18…20 В.

Диаметр проволоки d_пр = 1,2 мм.

Скорость наплавки определяется по формуле:

, м/ч, (10)

где α_Н – коэффициент наплавки, г/А·ч (при наплавке постоянным током обратной полярности α_Н = 10 - 12 г/А·ч);

I – сила тока, А;

h – толщина наплавляемого слоя, мм;

S – шаг наплавки, мм;

γ – плотность электродной проволоки, г/см³ (γ = 7,85 г/см³).

Скорость наплавки

для шатунных шеек:

м/ч,

для коренных шеек:

м/ч,

для шеек под шестерню:

м/ч.

Принимаем скорость наплавки V_Н = 29…32 м/ч.

Частота вращения детали:

, мин^-1, (11)

где d – диаметр детали, мм.

Частота вращения вала:

для шатунных шеек:

мин^-1,

для коренных шеек:

мин^-1,

для шеек под шестерню:

мин^-1.

Выбираем частоту вращения вала n = 2…4 мин^-1.

Скорость подачи электродной проволоки:

, м/ч, (12)

где d_ПР – диаметр электродной проволоки, мм.

Скорость подачи электродной проволоки:

для шатунных и коренных шеек:

м/ч,

для шеек под шестерню:

м/ч.

Шаг наплавки определяется из соотношения:

S = (2…2,5)d_ПР, мм (13)

S = 3,5 мм/об – для шатунных и коренных шеек.

S = 2,64 мм/об – для шеек под шестерню.

Смещение электрода определяется из соотношения:

l = (0,05…0,07)d, мм (14)

где d – диаметр детали, мм.

l = 3 мм – для шатунных шеек.

l = 3,5 мм – для коренных шеек.

l = 2 мм – для шеек под шестерню.

Вылет электрода определяется из соотношения:

δ = (10…12)d_ПР, мм. (15)

δ = 17,6 мм – для шатунных и коренных шеек.

δ = 13,2 мм – для шеек под шестерню.

Толщина покрытия h определяется из соотношения:

h = + z₁ + z₂, мм (16)

где И – износ детали, мм (берём средний из 50 износов);

z₁ – припуск на обработку перед покрытием на сторону (z₁ = 0,1…0,3 мм);

z₂ – припуск на механическую обработку после нанесения покрытия на сторону, мм. Определяется согласно табл. 9 [1].

h_ШШ = 1,97 мм;

h_КШ = 1,84 мм;

h_ШПШ = 1,458 мм,

h_ШШ, h_КШ, h_ШПШ – соответственно толщина покрытия для шатунных шеек, коренных шеек и шеек под шестерню.

Норма времени на выполнение наплавочных работ определяется по формуле:

Т_Н = Т₀ + Т_ВС + Т_ДОП + , (17)

где Т₀ – основное время, определяется по формуле:

, мин, (18)

где l – длина наплавляемого участка детали, мм; n – количество наплавляемых деталей, шт. (в учебных целях n = 7…12 штук).

Для шатунных шеек:

Для коренных шеек:

Для шеек под шестерню:

Т_ВС – вспомогательное время наплавки, мин. (в учебных целях принимается 2 – 4 мин.);

Т_ДОП – дополнительное время, определяется по следующей формуле:

, мин, (19)

где К = 10…14 % - коэффициент, учитывающий долю дополнительного времени от основного и вспомогательного.

Для шатунных шеек:

Для коренных шеек:

Для шеек под шестерню:

Т_ПЗ – подготовительно-заключительное время, мин (в учебных целях принимается 16…20 мин).

Норма времени на выполнение наплавочных работ для шатунных шеек:

Для наплавочной операции коренных шеек:

Для наплавочной операции шеек под шестерню:

7 Расчет режимов механической обработки нанесенного покрытия

Расчёт шлифовальной операции

Механическая обработка покрытий, наносимых на изношенные поверхности, является завершающей операцией в технологии восстановления деталей. Шлифование применяют, если твердость обрабатываемой поверхности больше HRC 35 – 40 или нужно получить высокую точность обработки и малую шероховатость. В таблице 9 приведены режимы шлифования восстанавливаемых поверхностей.

Таблица 9 – Режимы шлифования восстанавливаемых поверхностей

Используется кругло – шлифовальный станок 3Б161.

Выбран шлифовальный круг – ЭСТ (60) К.

Диаметр круга Dк – 600 мм;

Ширина круга Вк – 20 мм;

Расчёт шлифовальной операции проведём на примере чернового шлифования шатунных шеек.

Определим расчетную скорость шлифования:

, (20)

где D_д – диаметр шлифуемой поверхности, D_д = 62,9 мм;

Т – стойкость шлифовального круга, примем Т = 40 мин.;

t – глубина шлифования;

β – расчетный коэффициент шлифования, β = 0,35.

.

Расчётная частота вращения детали:

, (21)

.

Продольную подачу камня принимаем S_к = 0,7 м/мин.

Скорость вращения шлифовального круга:

, (22)

где D_к – диаметр шлифовального круга, мм;

n_х – частота вращения шлифовального круга. Принято по паспортным данным станка n_х = 1200 об/мин.

.

Скорость перемещения стола:

(23)

где S_пр – перемещение обрабатываемой детали вдоль ее оси за один оборот;

где В_к – ширина шлифовального круга, мм;

,

.

Полученное значение V_c = 0,39 мм/мин находится в пределах скоростей перемещения стола, указанных в паспортных данных выбранного станка.

Основная нагрузка при шлифовании приходится на черновое шлифование. Определим потребную мощность на вращение шлифовального круга.

Эффективная мощность на вращение шлифовального круга:

, (24)

Р_z – тангенциальная сила резания.

, (25)

,

Потребная мощность:

, (26)

где η – КПД шлифовального станка. Принято η = 0,75.

кВт

Мощности выбранного станка достаточно для чернового шлифования на выбранных режимах.

Расчет коренных шеек и шеек под шестерню произведен аналогично. Полученные результаты внесены в таблицу 10

Таблица 10 – Режимы механической обработки коленчатых валов

8 Определения норм времени выполнения операции

Расчет норм времени произведен по общемашиностроительным нормам:

Т_шт = Т_осн + Т_в + Т_обс + Т_ф, (27)

где Т_шт – штучное время, мин;

Т_осн – основное (техническое) время, мин;

Т_в – вспомогательное время на установку и снятие детали с оборудования, Т_в = 1,5 мин.

Т_обс – время на обслуживание рабочего места и оборудования, мин. Принято 5% от (Т_о + Т_в), Т_обс =2 мин.

Т_ф – время на физические надобности и отдых, мин. Принято 5% от (Т_о + Т_в), Т_ф = 2 мин.

Время на установку и снятие детали при обработке в центрах t = 1,5 мин.;

Основное (технологическое) время:

, (28)

где L – длина продольного хода детали, мм;

, (29)

где L_пов – длина обрабатываемой поверхности, мм;

В_ш – ширина круга, мм

.

h – припуск на обработку, мм;

К – коэффициент, учитывающий точность шлифования и износ круга. При черновом шлифовании К = 1,3 – 1,4, принято К = 1,3; при чистовом шлифовании К = 1,5 – 1,7, принято К = 1,3.

Время, затраченное на 4 шатунные шейки:

Штучное время для чернового шлифования шатунных шеек:

Т_шт = 39,2 + 1,5 + 2 + 2 = 44,7 мин.

Штучное время для чистового шлифования шатунных шеек:

Т_шт = 20,1 + 1,5 + 1,1 + 1,1 = 23,8 мин.

9 Технико-экономическая оценка технологического процесса восстановления коленчатого вала двигателя СМД-62

Оценка целесообразности и эффективности применения разработанного технологического процесса восстановления детали производится по технико-экономическому критерию, который выражается неравенством:

, (30)

где С_В – стоимость восстановления детали, руб.;

К_Д – коэффициент долговечности, К , = 0,8;

С_Н – стоимость новой детали. С_Н = 3260 руб.

Значение С_В находим по формуле:

С_В = С_П + Н, (31)

где С_П – полная себестоимость восстановления, руб.;

Н – прибыль ремонтного предприятия, руб.

Прибыль ремонтного предприятия определяется по формуле:

Н = 1,05 ∙ С_П. (32)

Полную себестоимость восстановления детали рассчитываем по формуле:

С_П = З_П + С_РМ + С_ОП + С_ОХ + С_ВН, (33)

где З_П – заработная плата производственных рабочих, руб.;

С_РМ – стоимость ремонтных материалов, руб.;

С_ОП, С_ОХ, С_ВН – соответственно общепроизводственные, общехозяйственные и внепроизводственные накладные расходы, руб.

Заработная плата производственных рабочих определяется по формуле:

З_П = З_О + З_Д + С_СОЦ, (34)

где З_О – основная заработная плата рабочих, руб.;

З_Д – дополнительная заработная плата рабочих, руб.;

С_СОЦ – начисления по единому социальному налогу в размере 35,6% от (З_О + З_Д), руб.

Значение З_О находим по формуле:

З_О = Т_Р ∙ С_Ч ∙ К_t, (35)

где Т_Р – трудоемкость восстановления детали, чел.-ч.;

С_Ч – часовая тарифная ставка, руб./ч.;

К_t – коэффициент, учитывающий доплату за сверхурочные и другие работы, равный 1,1–1,12

З_О = 28 ∙ 8,2 ∙ 1,1 = 252,56 руб.

Дополнительная заработанная плата:

, (36)

.

Отсюда получим:

З_П = 252,56 + 50,51 + 107,9 =411 руб.

Стоимость ремонтных материалов укрупнённо можно определить исходя из доли заработной платы и доли стоимости материалов:

, (37)

где К_РМ – доля стоимости ремонтных материалов, К_РМ = 0,25-0,35;

К_ЗП – доля заработной платы, К_ЗП = 0,66-0,75.

Общепроизводственные расходы определим по формуле:

, (38)

где П_ОП – процент общепроизводственных накладных расходов для ремонтной мастерской, равен 73,7%.

Общехозяйственные расходы определим по формуле:

, (39)

где П_ОХ - процент общехозяйственных расходов, равен 20%

Внепроизводственные накладные расходы определяем по выражению:

, (49)

где П_ВН – процент внепроизводственных расходов, равен 3%.

Подставляя полученные данные в формулу (33), получим:

С_П = 411 + 109,6 + 302,9 + 82,2 + 12,3 = 918 руб.

Прибыль ремонтного предприятия составит:

Н = 1,05 ∙ 918 = 963,9 руб.

Подставив значения в формулу (31) определим стоимость восстановления коленчатого вала:

С_В = 918 + 963,9 =1881,9 руб.

Подставляя в неравенство значения С_В, получим:

,

.

Неравенство верно, следовательно, разработанный технологический процесс восстановления коленчатого вала двигателя СМД-62 экономически целесообразен.

Список использованных источников:

В. А. Комаров, Е. А. Нуянзин. Курсовое проектирование по технологии ремонта машин: учебное пособие. – Саранск: "Рузаевский печатник", 2006. – 60 с.

И. С. Серый, А. П. Смелов, В. Е. Черкун. Курсовое и дипломное проектирование по надёжности и ремонту машин. – 4-е издание, перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1991. – 185 с.

Д. Н. Решетов. Детали машин: Учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1989. – 496 с.

Сенин П. В. Курсовое проектирование по метрологии, стандартизации и квалиметрии : Учеб. пособие. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 1997. – 80 с.