Технологический процесс изготовления зубьев ковшей роторных экскаваторов

rr-rrr-ryisrerrrrrrer.docx

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ)
Кафедра производства и ремонта автомобилей и дорожных машин
по дисциплине «ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ»
Тема: «Разработка технологического процесса производства ковшей ДСМ с применением ПКМ»
Студент Лапшинова Н.Р.
Анализ технологичности конструкции изготавливаемой детали 5
Определение свойств ПКМ 7
Разработка технологического процесса производства детали с применением ПКМ 11
Принятие единого конструкторско-технологического решения 16
Организация контроля качества детали из ПКМ 18
Список литературы 19
Полимеры давно и прочно вошли в жизнь человека вытеснив при этом более привычные материалы. Это случилось благодаря стремлению промышленности к технологичности и практичности. Новым шагом в применении полимеров стало развитие композиционных материалов в состав которых полимеры включают в качестве связующего.
Детали и элементы конструкций изготовленные из такого материала обладают всеми плюсами пластиков такими как: высокие электроизоляционные свойства стойкость к коррозии лёгкость низкая теплопроводность; и вместе с тем обладают высокой прочностью и надежностью. Это делает возможным и целесообразным применение Полимерных Композиционных Материалов (ПКМ) в таких ответственных областях как авиация космонавтика строительство машиностроение. Наиболее широко в машиностроении применяются стеклопластики и углепластики.
Существуют различные методы производства изделий из ПКМ как менее энергозатратные и продуктивные (вакумная инфузия RTM-формование литьё под давлением и др.) так и более энергозатратные и автоматизированные (пултрузия намотка и др.). Именно более автоматизированные методы формования являются наиболее развивающимся в настоящее время. Благодаря развитию и широкому внедрению в производство систем ЧПУ в настоящее время реализуется множество совершенствований данных методов заложенных в самой технологии намотки.
Несомненным плюсом ПКМ является возможность сочетать его элементы таким образом чтобы достичь объединения в одном элементе всех необходимых качеств. На сегодняшний момент уже существует множество подобных решений. Однако столь широкое разнообразие материалов и их сочетаний усложняет процесс внедрения в производство так как нет универсальных решений следовательно необходимо проводить экспериментальные подтверждения свойств для каждого нового материала. Именно поэтому я считаю проведение исследовательских работ в данной области наиболее актуальным.
Целью данной работы является изучение и разработка технологического процесса изготовления зубьев ковшей роторных экскаваторов путем плазменного напыления на готовый стальной зуб полимерного материала значительно повышая таким образом износостойкость и коррозионную стойкость детали. Что в свою очередь обеспечивает улучшение эксплуатационных характеристик при более высоких экономических показателях на примере зуба ковша роторного экскаватора ЭТР223А.
Анализ технологичности конструкции ремонтируемой детали
В качестве объекта исследования был выбран зуб ковша роторного экскаватора ЭТР223А данный зуб является универсальным и может устанавливаться также на ковши других роторных экскаваторов.
Рисунок 1. Зуб ковша роторного экскаватора ЭТР223А
Зуб имеет клиновидную фермовидную форму изготавливается из легированной стали 110Г13Л. В зубе имеется отверстие под болты для крепления первого к ковшу экскаватора.
Данный экскаватор используется при разработке траншей в различного типа грунтах поэтому зуб работает в агрессивно среде и подвержен абразивному изнашиванию коррозионному изнашиванию в следствие чего образуются такие дефекты как: царапина задир трещины истирание материала зуба.
Статистика показывает что зубья ковшей являются наиболее заменяемыми деталями рабочего органа машины. В большинстве случаев при крайних показателях износа зубья не подвергаются ремонту а просто заменяются. При незначительном износе традиционным методом восстановления зуба является наплавка. Также возможно применение профилактической наплавки для увеличения ресурса работы и улучшения эксплуатационных характеристик нового зуба. Данный метод обладает большим значением материалоемкости (расход материала увеличивается в связи с последующей механической обработкой).
Таким образом можно сделать вывод что использование новых прогрессивных технологий позволяющих увеличить ресурс и прочность деталей данных машин сделает их более конкурентоспособными а также позволит коммерсантам и организациям осуществлять свою деятельность без перерывов и улучшать тем самым экономическое состояние нашей страны.
Определение свойств ПКМ
Наименование параметра
Процентное соотношение компонентов наполнительсвязующее %
Разрушающее напряжение при растяжении МПа
Температура эксплуатации
Модуль упругости при растяжении МПа
Наполнитель: Шунгит обработанный.
Плотностьρ =2500 кгм3
Разрушающее напряжение (прочность) при растяжении р = 120 МПа
Теплостойкость (температура размягчения) t= 1800 C
Модуль упругости при растяжении = 100 МПа
Связующее: Фторопласт-4.
Плотностьρ =2195 кгм3
Разрушающее напряжение (прочность) при растяжении р = 35 МПа
Теплостойкость (температура размягчения) t= 160 C
Модуль упругости при растяжении = 410 Мпа.
Необходимые параметры исходя из технологичности конструкции ремонтируемой детали обеспечиваются соотношением наполнителя и связующего С=5050%.
Рисунок 2. График зависимости разрушающего напряжения (растяжение) от процентного содержания наполнителя
Рисунок 5. График зависимости плотности от процентного содержания наполнителя
Рисунок 6. График зависимости температуры эксплуатации от процентного содержания наполнителя
Рисунок 7. График зависимости модуля упругости при растяжении от процентного содержания наполнителя
Для повышения износостойкости зубьев ковшей их также покрывают чистым политетфторэтиленом.
Плотность ρ =2195 кгм3
Модуль упругости при растяжении = 410 МПа.
Разработка технологического процесса производства детали с применением ПКМ
Очистить и обезжирить поверхность зуба.
Переход 1. Напыление первого слоя.
Переход 2. Контроль.
Визуальный контроль.
Переход 3. Отверждение.
Отверждение слоя нанесенного материала.
Переход 4. Напыление второго слоя
Переход 5. Контроль.
Переход 6. Отверждение.
Переход 7. Напыление второго слоя
Переход 8. Контроль.
Переход 9. Отверждение.
Переход 10. Напыление второго слоя
Переход 11. Контроль.
Переход 12. Отверждение.
Контроль геометрических показателей и физико-механических свойств изготовленной детали.
Измеряем поверхность в двух плоскостях микрометром.
Общее время на производство детали:
Тизг=138+100+5= 13838 мин.
Очистку и обезжиривание поверхности проводим одновременно.
Выбор вещества для подготовки поверхности
Длительность травления мин
Характеристики оборудования
Установка плазменно-порошкового напыления РС
Установка предназначена для высококачественного нанесения износостойких коррозионностойких теплозащитных уплотнительных антифрикционных и других покрытий.
Давление газов на входе в установку:
аргон ГОСТ10157-79 .05 МПа
водород ГОСТ 3022-80(А) 07 МПа
сжатый воздух (требования по качеству согласно DIN ISO 8573-1 в соответствии с классами: остаточная пыль 1кл остаточная вода 4кл остаточное масло 2кл) .05-06 Мпа
Продолжение таблицы 3.2
Расход плазмообразующих газов и воздуха:
сжатый воздух ..2 - 4м3час (определяется требованиями технологии)
Транспортирующий газ:
аргон расход на 1-у колбы .до 15 лмин
Применяемые порошки металлические композитные керамические конгломерированные
Фракционный состав порошков 40 - 100 мкм
Количество и объём колб для порошка 1х15 л
Производительность (для плазмотрона F-4):
при напылении оксидов и карбидов 3 - 10 кгчас
при напылении металлов и сплавов 2 - 5 кгчас
Пористость покрытия 05 - 8 %
Адгезия более 50 МПа
Толщина напыляемого слоя от 003 мм
Мощность применяемых плазмотронов до 60 кВт
Теплосъём системы охлаждения плазмотрона 35 кВт
Ток дуги плазмотрона ПВ100% 750 А
Диапазон регулировки тока плазмотрона15-1000 А плавно регулируемый
Напряжение холостого хода 127 В
Электропитание установки ..3х380В50Гц
Потребляемая мощность ..до 100 кВт
Маршрутные и операционные карты изготовления зуба ковша роторного экскаватора приведены в приложении 1 и 2 соответственно. Все чертежи выполнены с требованиями ГОСТ [5678].
Принятие единого конструкторско-технологического решения
Производство детали будет проводиться методом плазменного напыления порошкового ПКМ на предварительно обработанную поверхность детали[1234]. Существует также метод газопламенного напыления порошкового ПКМ. Плазменное напыление имеет ряд преимуществ (по сравнению с газопламенным напылением) таких как:
- высокая производительность процесса от 2 - 8 кгч для плазмотронов мощностью 20 - 60 кВт до 50 - 80 кгч при более мощных распылителях (150 - 200 кВт);
- большое количество параметров обеспечивающих гибкое регулирование процесса напыления;
- регулирование в широких пределах качества напыленных покрытий в том числе получение особо качественных при ведении процесса с общей защитой;
- высокие значения КИМ (02 - 08);
- возможность комплексной механизации и автоматизации процесса;
- широкая доступность метода достаточная экономичность и невысокая стоимость простейшего оборудования.
- возможность напыления ПКМ на широкий диапазон материалов;
Также плазменным напылением можно получить высокие показатели износостойкости тепло- и коррозионный стойкости благодаря использованию ПКМ на основе фторопластов и полиамидов.
Напыляемым материалом будет являться ПКМ с фторопласт-4 в качестве связующего и шунгита обработанного в качестве наполнителя. В сравнении с покрытием из чистого политетфторэтиленом (Ф-4) данного покрытие обладает более высокими показателями прочности при растяжении теплостойкости и износостойкости.
В связи с малой толщиной напыляемого слоя отверждение будет проводиться на воздухе при комнатной температуре. Для получения более качественной поверхности рекомендуется выдержать готовое изделие в течение 3-4 часов.
Организация контроля качества детали из ПКМ
При производстве детали могут возникнуть следующие дефекты связанные с нарушением технологии изготовления [1234]. Наиболее распространенными видами дефектов являются:
- дефекты связанные с некачественной поверхностью (после ее предварительной подготовки). В связи с чем покрытие будет обладать недостаточной адгезией с поверхностью детали. Данный дефект может быть обнаружен в ходе эксплуатации детали;
- дефекты связанные с низкой когезионной прочностью наносимого ПКМ. Малое значение когезионной прочности может быть связано с неравномерным расплавлением порошкового материала в плазмотроне. Данный дефект может быть обнаружен в ходе эксплуатационных испытаний;
- дефекты связанные с использованием некачественного ПКМ. Некачественным ПКМ может являться материал с абразивными частицами. Также некачественным может являться материал который не обладает требуемыми геометрическими параметрами частиц порошка;
- дефекты связанные с неточностью напыления покрытия из ПКМ. Данный дефект может быть связан с некачественной работой оператора выполняющего операцию напыления. Может быть обнаружен на этапе контроля геометрии изготовленной детали с использованием микрометра.
Баурова Н.И. Применение полимерных композиционных материалов при производстве и ремонте машин Н.И. Баурова В.А. Зорин – М.: МАДИ 2016. – 264с.
Зорин В.А. Основы технологии производства и ремонта машин: метод. указан. к курсовой работе по курсу «Основы технологии производства и ремонта» В.А. Зорин А.Ф. Синельников Е.А. Косенко. – М.: МАДИ 2017. – 104с
Баженов С.Л. Полимерные композиционные материалы С.Л. Баженов А.А. Бердин А.А. Кулькоков В.Г. Ошмян – Долгопрудный: Интеллект 2010. – 352с.
ГОСТ 3.1102-2011 Единая система технологической документации. Стадии разработки и виды документов
ГОСТ 3.1118-82 Единая система технологической документации. Формы и правила оформления маршрутных карт
ГОСТ 3.1409-86 Единая система технологической документации. Формы и требования к заполнению и оформлению документов на технологические процессы (операции) изготовления изделий из пластмасс и резины
ГОСТ 2.604-2000 Единая система конструкторской документации. Чертежи ремонтные. Общие требования

rsrerrrrrres.docx

Ф-4+Шунгит Обработанный
и содержание операции
Подготовка поверхности зуба
Ванна для хим. раствора перчатки серная кислота
Напыление ПКМ на режущую кромку зуба
Установка плазменно-порошкового напыления РС
Контроль геометрических параметров
Микрометр ГОСТ 10-88
Операционная карта работ по напылению
Наименование операции
(наименование модель)
Ванна для хим.раствора перчатки
Очистка и обезжиривание поверхности
Продолжение приложения 2
Установка плазменно-порошкового напыления РС
Напыление первого слоя
Фторопласт-4 шунгит обработанный
Время отверждения 2 минуты
Напыление второго слоя
Напыление третьего слоя
Напыление четвертого слоя
Окончание приложения 2
Продолжение приложения 3
Окончание приложения 3

005.-rrrrrsrrresrrsrrs-rsrrrrrrer-ryirrrssrrssre-srrssrr-ryesrrryere-_-rr.00.00.02.cdw

Длительность травления
Травление поверхности режущей кромки