Технологические способы повышения надежности

Технологические способы повышения надежности

РЕФЕРАТ по дисциплине «Надежность технологического оборудования»

На тему «Конструктивные и технологические способы повышения надежности»

Выполнила: ст. гр. ТБП-51М

Влияние надежности и качества материалов, из которых изготавливаются детали машин, на их общую надежность и качество общеизвестно. Современные машины изготавливаются из металлов и сплавов самых разнообразных марок, физические и механические свойства которых изучены достаточ­но полно. Вместе тем, наряду с традиционными материалам в последнее время стали появляться более эффективные мате­риалы, у которых прочность или износостойкость гораздо: выше, чем у литых материалов. Это так называемые порошковые, стружковые и композитные материалы. Список таких материалов непрерывно пополняется все более совер­шенными материалами, которые способствуют повышение надежности и долговечности машин. Поэтому разработка но­вых износостойких материалов — это одно из перспективных направлений повышения надежности машин. Однако, каким бы совершенным материал не был, в конечном итоге надеж­ность деталей во многом зависит от технологии их изготовле­ния. А технологические возможности, необходимые для обеспечения высоких показателей надежности, находятся в прямой зависимости от технических возможностей оборудования, кон­струкции деталей и оснастки. В полной мере это относится к технологиям порошковой и стружковой металлургии.

Следовательно, для того, чтобы замкнуть технологическую; цепочку в обеспечении надежности и качества изделий, без разработки специального технологического оборудования (СТО) и оснастки не обойтись. При этом вновь разрабатывае­мые способы формования и спекания порошковых и стружко­вых деталей и устройства (оборудование и оснастка) для их осуществления существенно расширяют технологические возможности метода порошковой или стружковой металлургии, тем самым способствуя увеличению объемов производства спеченных деталей. Это в свою очередь приводит к сокраще­нию энергозатрат, уменьшению расхода металла на единицу продукции и т. д.

КОНСТРУКТИВНЫЕ И НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ НАДЕЖНОСТИ МАШИН

Специальные устройства и конструкции деталей, обеспечивающие их высокую надежность и качество

Ранее отмеченное повышение в 12,7 раза моторесурса стружковых подшипников скольжения насосов НШ-50 и НШ-100 было достигнуто не только за счет особенностей структуры материала, но и за счет их конструкции.

Все известные порошковые подшипники скольжения имеют «сферические» поры, которые выполняют роль пассивных накопителей смазки (рис.1а).

В разработанной конструкции, с использованием «косых» пуансонов (торцы скошены к центру деталей) удалось сформовать из продолговатой стружки удлиненные поры (в виде капилляров), которые выполняют активную роль термодиффузионных насосов. При подогреве масла (начало трения) в конических порах, оно благодаря капиллярному эффекту и расширению, начинает активно поступать в рабочую зону, исключая моменты сухого трения.

Конструкция подшипника скольжения, изготовленного из антифрикционного материала на основе меди с радиально. распределенными порами, отличается от ранее известных конструкций тем, что она выполнена с изменяющейся по направлению к центру подшипника пористостью. Так в рабочей зоне она составляет 12-15 %, в нерабочей — 25-30 %, соответственно. При этом часть пор, имеющих продолговатую коническую форму (длиной 1,3-2,5 мм), ориентирована меньшими сечен и ям по радиусу к центру подшипника, а остальная часть — под разными углами к его рабочей поверхности (рис.1б). Минимальный размер площади поперечного сечения единичных пор в рабочей зоне составляет (0,8-1,0)х10-2мм2 и (1,2-1,6)х10-‘мм и (6,8-8,3)х10-2мм2, соответственно.

Именно такая конструкция подшипника с указанными размерами пор и остаточной пористостью обеспечивает их высокое качество. Таким образом, сочетание высокоизносостойкого материала с улучшенной конструкцией подшипника позволяет существенно повысить его эксплуатационные характеристики (качество и эксплуатационную надежность) в несколько раз по сравнению с существующими аналогами. В целом ряде случаев повышение эксплуатационных свойств спеченных пористых деталей зависит от совершенства конструкции оснастки и специального технологического оборудо­вания.

Так в рамках данной работы, с целью повышения надежности и качества формуемых деталей из металлических порош­ков и стружки, а также с целью расширения технологических возможностей метода порошковой металлургии, был разра­ботан целый ряд приспособлений и оснастки особой конст­рукции. В сочетание со специальными способами формования деталей и достигалась поставленная цель. Так был разрабо­тан способ прессования металлических порошков и устройство для его осуществления, отличающийся от известных тем, что верхний пуансон снабжен кассетой с профилированными ро­ликами, установленными с возможностью вращения вокруг собственной оси и перемещения вдоль оси пуансона, а матри­ца выполнена с цилиндрической внутренней расточкой и име­ла возможность вертикально перемещаться (рис.2а).

Разработанная вторая конструкция другого устройства, отличающаяся от известных, позволяла получать более плот­ные и прочные порошковые детали, либо формовать их с распределенной плотностью по любой задаваемой схеме. Этот эффект достигается с помощью устройства, представленного на (рис.2б), из которого понятен принцип действия этого при­способления.

Другая конструкция, отличающаяся от известных, позво­ляла повысить качество формуемых деталей и расширить тех­нологические возможности этого метода за счет того, что бо­ковые (кольцевые) пазы различной формы у порошковых де­талей изготавливались не методом резанья, а формовались методом обкатки. Конструкция такой оснастки, а также действующее устройство в собранном виде и в состоянии выпрессовки готовой детали представлены на (рис.3). Исследова­ние механических свойств в зоне паза (у изготовленного роли­ка) показало, что нарушений сплошности металла в зоне пе­репада твердости нет. Отсутствие нарушения сплошности ме­талла в зоне сформированного паза, по всей вероятности, яв­ляется результатом релаксации незначительных внутренних напряжений в процессе спекания порошковой детали. В свою очередь возникновение в зоне паза малых внутренних (дефор­мационных) напряжений, по всей видимости, является резуль­татом того, что при его накатке практически не происходит пластической деформации металла (величина наклепанного слоя составляет порядка 0,05-0,08 мм), а идет в основном про­цесс уплотнения порошка за счет остаточной пористости.

Рис.1. Микроструктура порошкового материала со сферическими порами,(а),*63. Схема конструкции стружкового подшипника с капиллярными

Изучение распределения твердости вдоль всего кольцево­го паза позволило установить следующее. С учетом поля рас­сеивания (8-10%) распределение твердости по всему пазу рав­номерное, что показано на рис.8.4а. Так в ролике спрессован­ном при давлении 3,75 т/см2 и обкатном при давлении 4,0 т/см2, твердость вдоль паза изменяется от 112 до 121 НВ, а в роли­ках, спрессованных при давлениях 4,25; 5,0; 6.25′ 7,5 т/см2 и обкатанных при давлениях 4,5; 6,5; 7,0; 5,0; т/см2 твердость изменяется от 112 до 120 НВ, от 124 до 130 НВ, от 128 до 136 НВ и от 124 до 131 НВ, соответственно (рис.4б). Следова­тельно, с увеличением усилия прессования (осевого и боково­го), твердость пропорционально возрастает в накатанном слое. При этом следует отметить, что наиболее благоприятным ус­ловием обкатки является давление прессования 6,25, 7,5 т/см2, при котором градиент распределения твердости вдоль коль­цевого паза минимальный и составляет 6-8 НВ, что практичес­ки одинаково при погрешности 8%.

Следовательно, с помощью способа роликовой обкатки можно получать кольцевые пазы с равномерно-распределен­ной твердостью вдоль всего паза.

Вследствие уменьшения остаточной пористости в зоне паза и дополнительной пластической деформации поверхностных частиц происходит упрочнение металла в зоне накатанного паза и увеличивается его твердость на 30- 35 НВ.

При оптимальных режимах прессования и обкатки можно свести к минимуму перепады твердости в различных участках детали, что в свою очередь, должно способствовать уменьше­нию остаточных напряжений в металле и снижать опасность образования отжиговых трещин.

Наиболее благоприятным режимом формообразования ролика диаметром 14,3 мм с глубиной паза 0,5 мм и фаской -45°, является давление продольного прессования 6,25 т/см2 и боковое давление вращающегося ролика 7,0 т/см2.

С помощью другого устройства можно формовать глухие замкнутые (полуспиральные и другие) пазы на боковой повер­хности порошковых деталей. Это достигается путем примене­ния особой конструкции устройства, представленного на рис.5а. Рабочая конструкция этого устройства в действую­щем виде представлена на рис.5б. Эта конструкция от извес­тных отличается тем, что в боковой стенке матрицы выполне­но отверстие, а боковой элемент выполнен в виде фигурного пуансона, установленного в отверстие с возможностью взаи­модействия с возвратными пружинами.

С помощью способа гидродинамического прессования по­рошковых деталей, и устройства для его осуществления по­явилась возможность формовать высокоплотные материалы без применения традиционных прессов. Это достигается тем, что многократно ускоренная магнитная жидкость бегущим электромагнитным поле в тороидальной камере при­обретает громадную кинетическую энергию, которая и используется для уплотнения порошков (рис.6б.)

Устройство работает следующим образом. Магнитная жидкость многократно ускоряется в тороидальной камере. При достижении ею заданной скорости к эластичной шторке подводят иглу, в результате чего происходит разрыв шторки. После этого жидкость направляется к прессформе уплотняет порошок. Затем по отводному каналу жидкость и, убирают в рабочую камеру. Прорванную шторку заменяю новой путем протяжки пленки из рулона.

Следует отметить, что все разработанные конструкции и способы изготовления порошковых или стружковых деталей способствовали повышению их прочности в зоне действия рабочего органа, точности, износостойкости и чистоте рабочей поверхности, уменьшению пористости и т. д., что конечном итоге способствовало росту качества и надежности изготавливаемых деталей.

Схема устройства для формования пористых деталей с кольце­выми пазами, (а). 1-верхний пуансон; 2-шестерня; 3-матрица; 4-роликовая скоба; 5- фигурные ролики; 6-шток гидроцилинд­ра; 7-трубопровод; 8-упорная скоба; 9-нижний пуансон; 10;11-пластичные шайбы; 12-внутренний сердечник; 13

приссуемый порошок. Рабочая конструкция этого устройства, (б).

Таким образом, наряду с разработкой технологических процессов, создание способов изготовления спеченных дета­лей, проектирование новых видов оснастки и специальное технологического оборудования, обеспечивающих высокую надежность порошковых или стружковых деталей, является одним из важнейших способов повышения их надежности и качества.

1. В. Ван-Желен. Физическая теория надежности. – Симферополь,1998.-с.318

Источник

Технологические методы повышения надежности

В технологическую систему входят оборудование, оснастка, за­готовки, детали, изделия, средства контроля и испытаний, конст­рукторская и технологическая документация, операторы, контро­леры и т. д.

Технологические методы обеспечения надежности определяют­ся прежде всего надежностью самой технологической системы. Цель таких методов – достижение показателей и параметров, за­данных конструкторами при проектировании деталей, агрегатов и машин.

К основным технологическим методам относятся следующие.

1. Обеспечение необходимой точности изготовления деталей. С повышением точности изготовления деталей появляется возмож­ность уменьшить начальные зазоры в подвижных соединениях и более жестко регламентировать натяги в неподвижных соединени­ях, что значительно повышает долговечность таких соединений и машины в целом.

При смещении осей цилиндров двигателя от 0,25 до 0,65 мм ин­тенсивность изнашивания шатунных шеек коленчатого вала возра­стает на 90 %, поршневых пальцев – на 54 %, верхней втулки шату­на – в 2 раза, бобышек поршня – на 73 %, шатунных вкладышей – на 60%.

2. Обеспечение оптимального качества рабочих поверхностей. На качество поверхности влияют изнашивание, коррозия, цилинд­рическая и динамическая прочность деталей машин. От исходной шероховатости рабочих поверхностей зависит качество посадки как с зазором, так и с натягом. При значительной шероховатости среза­ются микровыступы в процессе запрессовки и ослабевает непод­вижная посадка. Повышенная шероховатость также противопока­зана для приработки подвижных соединений, так как уменьшается площадь фактического контакта, повышается давление, нарушает­ся режим жидкостной смазки и возникает опасность задиров.

Однако и чрезмерно гладкая поверхность не всегда нужна, так как на ней не удерживается масляная пленка. Поэтому для боль­шинства деталей установлены оптимальные шероховатости поверх­ности трения, например, у двигателей типа ЗМЗ: зеркало цилинд­ра – 0,16. 0,40 мкм, поршневой палец – 0,08. 0,16, бобышка пор­шня – 0,20. 0,40 мкм и т. д.

3. Повышение износостойкости, статической и циклической прочности деталей термической обработкой. При закалке с нагре­вом ТВЧ повышается усталостная прочность деталей из стали 45 в 2 раза. Все более широкое распространение находит обработка рабо­чих поверхностей деталей лучом лазера. Обработанные таким обра­зом рабочие поверхности кулачков распределительного вала, гильз цилиндров, шеек валов отличаются повышенной прочностью и из­носостойкостью. При этом не наблюдается коробление деталей.

4. Упрочнение деталей химико-термической обработкой. Наи­большее распространение для упрочнения деталей сельскохозяй­ственной техники получили азотирование, цементация, нитроцементация и цианирование. У деталей, упрочненных азотировани­ем, износостойкость в 1,5. ..4,0 раза выше, чем у деталей, подвергае­мых цементации, повышенные коррозионная стойкость и выносливость при цикличных нагрузках.

5. Упрочнение деталей поверхностным пластическим деформи­рованием. При поверхностном пластическом деформировании по­вышается усталостная прочность деталей, работающих при цикли­ческих нагрузках, в 1,5. 2,0 раза, увеличивается твердость рабочих поверхностей и сопротивляемость их изнашиванию и коррозии, снижается шероховатость поверхности.

Рабочие поверхности втулок верхних головок шатунов, гильз ци­линдров, отверстий в корпусах задних мостов и коробок передач об­рабатывают раскатками и дорнованием. Коленчатые валы двигате­лей и поворотные цапфы обкатывают шариками и роликами. Пру­жины, рессоры, зубчатые колеса и шатуны подвергают дробеструй­ной обработке.

6. Нанесение на рабочие поверхности деталей машин износостой­ких покрытий. При пористом хромировании поршневых колец ре­сурс колец и гильз цилиндров увеличивается более чем в 2 раза, при хромировании стержней клапанов ресурс пары втулка–клапан по­вышается в 1,5. 1,8 раза. После наплавки на тарелку клапана сплава ЭП-616А ресурс клапана увеличивается в 4. 10 раз. Благодаря ин­дукционной наплавке рабочих органов сельскохозяйственных ма­шин (лемехов, лап культиваторов) твердыми сплавами ресурс этих деталей повышается в 2. 3 раза.

7. Другие методы повышения долговечности деталей: термоме­ханическое упрочнение; применение кованых заготовок и профи­лей; изготовление зубчатых колес и шлицевых валов методом обка­тывания; установка втулок, колец и вставок из износостойких мате­риалов; проведение искусственного старения чугунных деталей (блоки цилиндров, головки цилиндров, корпуса задних мостов и коробок передач); статическая и динамическая балансировка дета­лей и сборочных единиц; повышение точности сборки и качества окраски агрегатов и машин в целом; контроль качества.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник