←предыдущая следующая→
1 2 3 4 5 6
Введение
Актуальными в настоящее время являются вопросы повышения надёжности и дол-говечности машин, приборов, установок, повышение их качества и эффективности рабо-ты, а следовательно, вопросы экономии металлов, борьбы с коррозией и износом деталей машин. Роль этих проблем в долговечности машин и механизмов, приборов и других осо-бенно возросла в настоящее время, так как развитие большинства отраслей промышлен-ности (авиационная, ракетная, теплоэнергетика, атомная энергетика, радиоэлектроника и др.) связано с повышением нагрузок, температур, агрессивности сред, в которых работает деталь. Решение этих проблем прежде всего связано с упрочнением поверхностных слоёв изделий.
Изменить свойства поверхности можно различными способами: нанесением на по-верхность нового материала с необходимыми свойствами; изменением состава поверхно-стного слоя металла.
Во втором случае поверхностные слои металла подвергают диффузионной химико-термической обработке (ХТО), в результате которой на поверхности изделия образуется новый, отличающийся от сердцевины, сплав.
ХТО позволяет получить в поверхностном слое изделия сплав практически любого состава и, следовательно, обеспечить комплекс необходимых свойств - физических, хи-мических, механических и других.
Одним из распространённых методов ХТО является цементация. Процесс цемента-ции широко применяют в промышленности благодаря его высокой эффективности и дос-тупности. Он позволяет создавать на рабочей поверхности детали слой, обладающий вы-сокой твёрдостью после закалки, износостойкостью, эрозионной стойкостью, контактной выносливостью и усталостной прочностью при изгибе. Эти свойства обеспечиваются при относительно мягкой и вязкой сердцевине, придающей детали необходимую конструк-тивную прочность.
1. Описание детали и условий её работы
Зубчатые колёса основными деталями большинства машин и механизмов. Они служат для передачи вращательных движений между отдельными элементами механиз-мов.
Вращение передаётся через зубчатое зацепление. Отказ или разрушение зубчатого колеса влечёт за собой прекращение передачи крутящего момента и отказ двигательных агрегатов. Наиболее загруженной частью зубчатого колеса является зуб. На рисунке 1 по-казана схема зацепления зубьев.
Рис. 1 Схема зацепления зубьев
В процессе работы зубья испытывают ударные нагрузки, в результате чего в них возникают контактные напряжения. Поверхность зуба работает на износ, в процессе работы зубья нагреваются; для охлаждения на них непрерывно подаётся масло.
По конструкции данное зубчатое колесо представляет собой полый цилиндр. Снаружи расположены эвольвентные зубья, через которые передаётся вращательное движение от ведущего зубчатого колеса. По внутреннему диаметру данного зубчатого колеса выполнены шлицы для передачи крутящего момента на рессоры коробки агрегатов и далее ротору двигателя при его запуске, что обеспечивает подачу топлива в камеру сгорания.
В процессе работы зубчатое колесо испытывает статические, динамические, знако-переменные и вибрационные нагрузки величиной до 930 Н. Деталь работает в масляной среде с рабочей температурой до 300С.
Рис. 2 Эскиз зубчатого колеса.
2. Технические требования, предъявляемые к материалу
термически обработанной детали
Технические требования к материалу назначаются исходя из условий работы зуб-чатого колеса. Учитывая, что деталь работает в достаточно сложных условиях, к ней предъявляются следующие технические требования:
- предел прочности ;
- условный предел текучести ;
- ударная вязкость ;
- твёрдость упрочнённой поверхности ;
- глубина упрочнённого слоя ;
- твёрдость сердцевины .
3. Последовательность обработки детали
Деталь от заготовки до полного изготовления проходит сложный технологический маршрут по цехам предприятия (рис. 3):
З КШ Т1 М1 Т2 М2 Сб
Рис. 3 Последовательность изготовления зубчатого колеса.
З - заготовительный цех; резка прутка на заготовки длиной 85мм, диаметром 65мм;
КШ - кузнечно-штамповочный цех; штамповка методом горячей штамповки;
Т1 - термический цех; проведение предварительной термической обработки поко-вок для снятия внутренних напряжений после штамповки и для подготовки структуры к дальнейшей механической обработке и термической обработке;
М1 - механический цех; проведение черновой механической обработки, нарезание зубьев и обработка наружных поверхностей для придания детали основных размеров, со-гласно чертежу;
Т2 - термический цех; окончательная термическая обработка для получения тре-буемых свойств;
М2 - механический цех; чистовая механическая обработка (шлифование рабочих поверхностей детали);
Сб - сборочный цех; сборка деталей в узел.
4. Выбор материала для данной детали и обоснование выбора
Для зубчатых колёс можно применять конструкционные цементуемые или улуч-шаемые стали. Учитывая, что по техническим требованиям требуются высокие характе-ристики, следует обратиться к легированным сталям.
Данное зубчатое колесо привода коробки агрегата авиационного двигателя работа-ет при температуре до 300С, поэтому для него следует выбрать одну из цементуемых те-плостойких сталей с высокой твёрдостью поверхности при достаточной твёрдости серд-цевины.
В настоящее время для изготовления ответственных зубчатых колёс широко при-меняются теплостойкие стали перлитного класса, такие как 20Х3МВФ (ЭИ415), 12Х2Н4А и 12Х2НВФА (ЭИ712)[ ], поэтому для данного зубчатого колеса следует применить це-ментуемые стали. Цементуемые стали делят на три группы: углеродистые стали с неуп-рочняемой сердцевиной; низколегированные со слабо упрочняемой сердцевиной ; отно-сительно высоколегированные стали с сердцевиной, сильно упрочняемой при термиче-ской обработке.
Учитывая высокие требования по механическим свойствам, предъявляемые к дан-ному зубчатому колесу, для него подходят стали третьей группы. Их химический состав и механические свойства приведены ниже в таблице1 и таблице2.
Химический состав конструкционных цементуемых сталей ГОСТ 4543-71 Таблица1
Марка Содержание элементов, масс %
стали С Cr Ni V W Mo Si Mn S P Fe
20Х3МВФА 0,15...0,20 2,80...3,30 0,5 0,60...0,85 0,30...0,50 0,35...0,55 0,17...0,37 0,25...0,50 0,025 0,030 о
с
12Х2Н4А 0,10...0,15 1,25...1,65 3,25...3,65 ____ ____ ____ 0,17...0,37 0,3...
0,6 0,025 0,025 н
о
12Х2НВФА 0,09...0,16 1,9...
2,4 0,8...
1,2 0,18...
0,28 1,0...
0,28 ____ 0,17...0,37 0,3...
0,7 0,025 0,025 в
а
Механические свойства конструкционных цементуемых сталей Таблица2
Марка Термическая в
0,2 KCU HRC
стали обработка МПа МПа % % МДж/м пов. сердц.
20Х3МВФА
цементация 920...950°С
выс. отпуск 650...670°С
закалка 890...930°С
низ. отпуск 300...320°С
1070
880
10
50
0,7
60
43
12Х2Н4А цементация 900...950°С
выс. отпуск 650...670°С
зак. в масле 780...800°С
низ. отпуск 150...170°С
980
785
12
55
0,1
58
30
12Х2НВФА цементация 900...925°С
выс. отпуск 650 ±10°С
закалка 880±10°С
низ. отпуск 160...250°С
1050
940
15
63
0,6
60
36
Сталь 20Х3МВФА - конструкционная теплостойкая высококачественная сталь. Она относится к перлитному классу и выплавляется в открытых электрических печах, метода-ми электрошлакового и вакуумно-дугового переплава. Сталь хорошо деформируется в го-рячем состоянии. Сталь удовлетворительно обрабатывается резанием. Данная сталь при-меняется для изготовления зубчатых колёс, втулок, пальцев и других деталей, работаю-щих до температуры 350°С. Применение этой стали для данного зубчатого колеса нецеле-сообразно, так как она не удовлетворяет техническим требованиям по пластичности.
Сталь 12Х2Н4А - высококачественная легированная цементуемая сталь. В ото-жжённом состоянии является доэвтектоидной, а в нормализованном состоянии относится к перлитному классу. Применяется для изготовления деталей сварных конструкций, а также зубчатых колёс. Сталь хорошо деформируется в горячем состоянии; температурный интервал деформации 1180-850°С. Эта сталь хорошо сваривается, имеет достаточную прокаливаемость поверхностного слоя. После окончательной термической обработки имеет большую твёрдость. Применение этой стали для данной детали не экономично: сталь содержит много дефицитного никеля и является дорогостоящей.
Сталь 12Х2НВФА - высококачественная легированная конструкционная цементуе-мая сталь. В отожжённом состоянии
←предыдущая следующая→
1 2 3 4 5 6