Дипломная работа: Повышение надежности и долговечности работы манжетных уплотнений валов автомобилей ВАЗ

Упрочнение поверхностного слоя детали при различных видах обработки зависит от силового и температурного факторов. Так как в работе Коршунова В. Я. [16, 18] рассматривается процесс упрочнения, связанный с технологией поверхностного пластического деформирования (ППД), который характеризуется сравнительно малыми температурами (100—150°С), основное внимание уделено действию силового фактора.

При пластической деформации происходит раздробление кристаллов на фрагменты и блоки с большими искажениями кристаллической решетки на их границах. Границы фрагментов и блоков служат препятствием для сдвиговой деформации, и с увеличением количества фрагментов и блоков соответственно возрастает и число границ, около которых задерживаются дислокации. Увеличение степени разориентировки фрагментов и блоков дополнительно повышает сопротивление границ прохождению через них дислокаций, что также увеличивает сопротивление деформированию. Это является основной причиной упрочнения металлов при пластической деформации.

Эффективность упрочнения алмазным выглаживанием во многом зависит от правильного выбора основных его параметров. Рекомендуемый радиус сферы связан с твердостью выглаживаемой поверхности. При выглаживании стальных закаленных деталей этот радиус не должен превышать 1,5 мм. Для деталей, твердость которых меньше и лежит в пределах HRC 35…50, радиус R выглаживателя должен составлять 1,5 – 2,5 мм. Для других сталей и цветных сплавов радиус может быть увеличен до 2,5 – 3 мм.

При увеличении подачи сокращается число повторных деформаций, что должно вызвать снижение поверхностной твердости. Однако при обкатывании закаленных сталей шаром диаметром 5 – 10 мм подача изменяется от 0,06 до 0,12 мм/об, а при выглаживании алмазом с радиусом сферы 1,0 – 2,5 мм подача изменяется от 0,03 до 0,09 мм/об, что мало влияет на эффективность упрочнения [16]. Дальнейшее увеличение подачи уменьшает повышение твердости. Это особенно заметно при обкатывании шаром диаметром 5 мм с подачей 0,3 мм/об и при алмазном выглаживании (R = 2 мм) с подачей 0,13 мм/об. Влияние подачи существенно зависит от размеров текущего очага деформации, определяемого контактным давлением, свойствами материала и размерами деформирующего инструмента. с уменьшением текущего очага деформации, происходящего при снижении давления, с повышением твердости материала и с уменьшением размеров инструмента влияние подачи возрастает и при ее увеличении прирост поверхностной твердости заметно снижается. В частности, уменьшением очага деформации при обработке закаленных сталей объясняется и более сильное влияние подачи на поверхностную твердость по сравнению с ее влиянием при обработке мягких сталей.

При увеличении рабочих ходов (числа циклов нагружения при широком выгдаживании) соответственно возрастает количество повторных деформаций, приводящих к изменению поверхностной твердости. Однако влияние дополнительных рабочих ходов следует рассматривать с учетом давления и подачи. Если давление ниже оптимального, то повторные рабочие ходы (до определенного числа) повышают поверхностную твердость. При этом допустимое, с точки зрения упрочнения, число рабочих ходов тем больше, тем ниже давление. При оптимальном давлении уже после второго-третьего рабочего хода прекращается повышение твердости.

Изменение скорости обработки от низких значений до 200 м/мин не оказывает существенного влияния на увеличение поверхностной твердости. Поэтому распространено мнение, что эффективность упрочнения не зависит от скорости. Действительно, при увеличении скорости от 8 – 12 до 160 – 180 м/мин прирост твердости оказался незначительным. Однако наиболее важным является изменение градиента наклепа. С увеличением скорости градиент наклепа растет, а глубина имеет тенденцию к снижению.

Процесс упрочнения деталей ППД влечет за собой упруго-пластическое деформирование поверхностного слоя. Поэтому необходимым требованием упрочнения является способность поверхностного слоя обладать определенными упругими и пластическими характеристиками. Материалы, имеющие хорошую пластичность (свинец, цинк и др.), в результате деформации получают наклеп, но сколь-нибудь заметных остаточных напряжений (об остаточных напряжениях см.ниже) в поверхностном слое создать не удается. И наоборот, материалы, обладающие высокой упругостью при малой пастичности (стекло, частично чугун, резина и др.), невозможно упрочнять поверхностным наклепом.

На рис. 2.4, где показаны изменения прочностных характеристик материала в зависимости от степени наклепа. Заштрихованная площадь М является областью возможного наклепа. В точке А наступает так называемый перенаклеп (начинается шелушение и отслаивание поверхностного наклепанного слоя), когда материал исчерпывает свои пластические свойства и начинается разупрочнение.

Расчетное определение глубины наклепанного при ППД слоя для материала с однородной структурой по сечению детали производится по следующим уравнениям [24]:

;

, где ;

, где ; ;

, где;

,

где Р – усилие при ППД; sS предел текучести упрочняемого материала; R – приведенный радиус кривизны в месте контакта; DП – приведенный диаметр; a, А – коэффициенты, учитывающие кривизну инструмента и детали; Н – твердость по Бринеллю; D – диаметр шарика; Е – модуль упругости, R1, R2 радиусы сопряженных цилиндров; К – коэффициент, учитывающий влияние размеров детали и обрабатываемого материала; F – площадь контакта.

Рис. 2.4. Диаграмма влияния степени наклепа на прочностные характеристики детали

3. Экспериментальные исследования процесса обработки выглаживанием широким самоустанавливающимся инструментом

3.1 Выявление зависимости между основными параметрами обработки и качеством обработанной поверхности по критерию шероховатости

Для оценки эффективности способа обработки выглыжаванием шиорким самоустанавливающимся инструментом (см. рис. 1.20-1.23) была отобрана партия коленчатых валов 2112-1005020 в количестве 5 шт. из высокопрочного чугуна ВЧ75-50-03 с твердостью обрабатываемых поверхностей 45HRC, взятых после окончательного шлифования, и обработана данным способом на модернизированном станке механосборочного производства ОАО «АвтоВАЗ» фирмы «Нагель» 30.012.724.32. Обработке подверглись шейки коленчатого вала под манжетное уплотнение (Æ28 мм и Æ80 мм) при частоте вращения заготовки 100 об/мин. Обработанные поверхности подверглись замерам на шероховатость и некруглость в метрологическом зале корпуса 15/2 МСП (замер шероховатости осуществлялся на профилометре-профилографе Perthen SI0 D (зав. № 6564), замер на некруглость – Талиценте Taylor-Hobson (зав. № 112/1322-217А)) результаты измерений представлены в таблице 3.1 и приложении 1. В результате обработки была достигнута шероховатость, находящаяся в пределах поля допуска технических требований на данные поверхности по чертежу детали: Ra 0.2…0.4 мкм. Остальные технические требования к обрабатываемым поверхностям также находятся в рамках, заданных конструктором на чертеже.

Для нахождения оптимальных параметров предложенный метод обработки был проведен в производственных условиях двухфакторный многоуровневый эксперимент (52). При обработке полученных данных при проведении эксперимента были найдены оптимальные параметры обработки процесса (при выглаживании шейки Æ 28 мм оптимальной силой прижатия инструментов является F=6350 Н, число совершаемых оборотов детали в процессе обработки N=8; при обработки шейки Æ 80 мм – F=9000 Н, N=6). Также была получена полиномиальная зависимость влияния основных параметров обработки (F, N) на шероховатость обработанной поверхности:

при обработке шейки Æ28 мм:

,

а при обработке шейки Æ80 мм:

,

где F – нагрузка, прикладываемая к каждому инструменту, Н (X1); N – число совершаемых оборотов детали в процессе обработки, об (X2).

Более подробные результаты эксперимента представлены в [4, 34].

 

Таблица 3.1

Результаты замеров обработанных поверхностей

№ детали	Диаметр Шейки, мм	Ra, мкм (исходная)	Режимы обработки			Результаты
			Q кгс/см2	F, Н	N	Ra, мкм	, мм
1	Æ28	0.93	20	6800	10	0.26	0.0024
	Æ80	0.5	15	4500	10	0.26	0.0018
2	Æ28	0.9	35	12000	2.5	0.28	0.0022
	Æ80	0.55	25	7500	2.5	0.27	0.0019
3	Æ28	0.87	25	8500	5	0.24	0.0027
	Æ80	0.52	20	6000	5	0.27	0.002
4	Æ28	0.94	25	8500	9	0.23	0.002
	Æ80	0.55	20	6000	9	0.24	0.0016
5	Æ28	0.91	35	12000	3	0.25	0.0014
	Æ80	0.58	30	8900	3	0.28	0.0019
где F – сила прикладываемая к инструментам; N – число совершаемых оборотов за время обработки (для широкого выглаживания); Ra шероховатость обработанной поверхности; Q давление в гидросистеме.

3.2 Экспериментальные исследования изменения микротвердости в приповерхностном слое обработанной детали

Для исследования изменения микротвердости приповерхностном слое шеек коленчатого вала обработанных широким выглаживанием были отобраны валы, сальниковые шейки которых обработанны при следующих режимах: Æ80 мм – сила прижатия инструмента к обрабатываемой поверхности 12000 Н, за время обработки было совершено 3 оборота детали; Æ28 мм – сила прижатия инструмента к обрабатываемой поверхности 8900 Н, за время обработки было совершено 3 оборота детали. Замеры микротвердости осуществлялись на микротвердомере ПМТ-3. Результаты измерений представлены на рис. 3.2.

Таблица 3.2

Распределение микротвердости в приповерхностном слое детали, обработанной широким выглаживанием

Глубина измерения, мкм	Значение микротвердости шейки Æ28 мм	Глубина измерения, мкм	Значение микротвердости шейки Æ80 мм
30	1005	30	752
60	891	60	677
90	752	90	612
120	713	120	412
150	643	150	396
180	328	180	353
210	317	210	353
240	317	240	317
270	317	270	317
300	317	300	317

Из таблицы 3.2. видно что обработка выглаживанием дает прирост твердости на поверхности в 2…3 раза, при том, упрочнение шейки Æ28 мм происходит более эффективно, это связано с тем, что скорость обработки данной шейки меньше, чем при обработке шейки Æ80 мм (вопрос о влиянии скорости выглаживания на прирост твердости обработанной поверхности рассмотрен в п. 2.3).

3.3 Испытания инструментов на стойкость при широком выглаживании

Для широкого внедрения процесса выглаживания массовое в производство важно изыскать более дешевые и легко обрабатываемые инструментальные материалы. Инструментом для классического (с продольной подачей) выглаживания является алмаз (около ¾ карата) с тщательно доведенной рабочей сферической частью (радиус сферы 1,2 – 1,3 мм). Он вдавливается в обрабатываемую поверхность и при перемещении вдоль нее улучшает чистоту поверхности за счет пластического течения металла, а также упрочняет поверхностный слой детали. Алмаз отличается высокой стойкостью, однако, его экономически нецелесообразно использовать при изготовлении широких выглаживатель, так как он очень дорог, а затраты на инструментальный материал при изготовлении широких выглаживателей гораздо больше, чем при изготовлении классических.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9