Диплом: Разработка технологического процесса упрочнения кулачка главного вала с использованием лазерного излучения

По сравнению с другими источниками тепла геометрия лазерного луча легко

изменяется оптическими системами. Лазерный луч передаётся на расстояние,

фокусируется или расширяется специальными линзами. Таким образом, диаметром

луча можно управлять дистанционно. Его даже можно разделять одновременно на

различные участки кулачка.

Закалка не требует специального охлаждения. Поверхность обработанного кулачка

остаётся чистой.

2. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. Назначение узла «вал главный» автомата хладновысадочного

Автомат хладновысадочный предназначен для изготовления деталей из проволоки

методом холодной высадки. Автомат хладновысадочный состоит из следующих

основных узлов: главного вала, узла подачи проволоки, узла подачи ножа, узла

высадки заклёпки, узла отрезки, привода, станины, электрооборудования,

ограждения, разматывающего устройства, узла правки и пневмооборудования.

Главный вал автомата хладновысадочного устанавливается на подшипниках в

корпус 1 (см. сбор. чертёж). С правой стороны вала крепится кулачёк 4 и шкив

3, а с другой стороны в пазу вала 2 крепится эксцентрик 5. На эксцентрике 5

устанавливается подшипник 65 с хомутом 9 (см. Г-Г) и державка 6 (см. А-А). В

пазу держаки 6 крепится болт 10, на котором закреплён подшипник 64 с обоймой

15 (см. Д-Д).

Главный вал получает вращение через клиноременную передачу от привода и

приводит в движение другие узлы: посредством кулачка 4 перемещается шток узла

отрезки проволоки; опора 7, закреплённая на хомуте 9 (см. Г-Г), перемещает

ползун узла высадки заклёпки; обойма 15 через тягу поворачивает обгонную

муфту узла подачи проволоки. Величину хода ползуна узла высадки заклёпки

регулируют путём перемещения эксцентрика 5 в пазу вала 2, а угол поворота

обгонной муфты – перемещением болта 10. Подачу проволоки осуществляют двумя

роликами, которые устанавливаются на плите станины станка. При рабочем ходе

заготовка из проволоки выдвигается в матрицу и опрессовывается; полученная

заклёпка выталкивается пуансоном, на который воздействует упорная планка,

далее заклёпка сбрасывается под воздействием кулачка на рычаг узла

сбрасывания.

2.2. Выбор способа упрочнения кулачка главного вала

Для увеличения твёрдости и износостойкости деталей сложной конфигурации, а

также для снижения себестоимости детали подвергают упрочнению методом

лазерного воздействия, изменению свойств поверхностного слоя, что в итоге

даёт возможность изготавливать детали из более дешёвого сырья.

Изменение свойств поверхностных слоёв материала с помощью лазерного излучения

можно производить в результате насыщения поверхности легирующими элементами

(Сr, A,B,C). Эти элементы, растворившись в основном металле, в сочетании с

ним образуют новый слой с особыми свойствами.

По сравнению с ранее известными способами (азотирование, цементация,

наплавление и др.) модификация поверхности легированием при локальном

лазерном нагреве и высоких скоростях плавления и кристаллизации обладает

целым рядом преимуществ:

- экономией легирующего материала;

- минимальный объём последующей механической обработки;

- отсутствием необходимости в последующей термообработке;

- достаточно хорошей контролируемостью процесса;

- высокой скоростью процесса и высоким качеством изделия;

- хорошей воспроиводимостью параметров упрочняемого слоя и др.

Процесс лигирования позволяет получать на поверхности деталей из углеродистых

материалов микрообъёмы новых сплавов с заданными свойствами и повышать их

теплостойкость до 300 – 400 0С. Рекомендуется для поверхностного

легирования использовать такие дешёвые материалы, как например стали Ст. 3,

45, У8А, У10А, и на поверхности деталей, инструмента, изготовленных из них

создавать микрообъёмы со свойствами, обусловленными свойствами детали,

инструмента и т.п.

На поверхность материала легирующий элемент наносится различными способами:

- накатыванием (фольги из легирующего элемента);

- электролитическим осаждением;

- детонационным покрытием;

- плазменным напылением;

- нанесением обмазки и связующего вещества и т.д.

Лазерное термоупрочнение сталей заключается в формировании на этапе нагрева

аустенитной структуры и её последующем превращением в мартенсит на этапе

охлаждения.

При лазерной обработке без оплавления решающей стадией является нагрев, т.к. при

последующем высокоскоростном охлаждении фиксируется превращение при нагреве.

При нагреве сплавов железа в точке Ас1 диаграммы состояния железо –

углерод начинается превращение перлита в аустенит.

Высокоскоростной нагрев, характерный для лазерной обработки, изменяет кинетику

образования аустенита. Подводимая тепловая энергия превосходит по величине

энергию, необходимую для перестройки кристаллической решётки, а сама

перестройка происходит с некоторой конечной скоростью. Вследствие этого

превращение осуществляется не изотермически, а в некотором интервале температур

от Ас1нач до Ас1кон , то есть

происходит смещение конца аустенитного превращения в область высоких температур

(рис. 2.1 область 1).

Рис. 2.1. Диаграмма состояния Fe – Fe3 S

Вследствие высокой скорости нагрева диффузионные процессы перестройки решётки

объёмноцентрированного куба избыточного феррита в решётку гранецентрированного

куба избыточного аустенита могут не закончиться на линии GS диаграммы Fe – Fe

3 S и происходит сдвиг точки Ас3 в область более высоких

температур (рис. 2.1. область 2). Так же происходит смещение точки Асм

и обусловленное этим микроплавление границы цементита с аустенитом (рис. 1.4,

область 3).

В рассмотренных случаях процесс диффузионного перераспределения углерода в

аустените, то есть гоиогенизация аустенита, смещается в область ещё более

высоких температур.

Лазерная обработка отличается малым временем воздействия, вследствие чего не

успевает произойти укрупнение зерна. Однако процесс лазерного легирования

стремятся осуществлять с нагревом до максимально возможной температуры,

вплоть до температуры плавления с целью получить достаточную глубину

упрочнённого слоя.

Обработка без оплавления поверхности приводит к образованию неоднородной

аустенитной структуры с наличием в верхней части зоны воздействия мартенсита,

обусловленного закритическими скоростями охлаждения. Микротвёрдость

оплавленного слоя увеличивается на 4000 мПа. Наряду с диффузией в жидкой фазе

насыщение поверхности лигирующими элементами реализуется так же и путём

диффузии в твёрдой фазе. После начала действия луча лазера на материал вблизи

границы разрушения возникает тонкий слой жидкого металла, толщина которого

тем меньше, чем выше интенсивность излучения.

Узкий слой расплавленного сплава на поверхности материала может быть в

процессе воздействия луча лазера обогащён или обеднён лигирующими элементами

по сравнению с исходным сплавом из-за разной упругости паров легирующего

элемента и основного металла. Для большинства легирующих элементов энергия

связи их в сплаве ниже соответствующей энергии связи основного метала,

приходящейся на атом сплава. Поэтому при движении границы разрушения возможно

испарение не только атомов, находящихся на поверхности границы разрушения, но

и части примесных атомов из слоя некоторой толщины из которого обеспечивается

переход примесей к границе разрушения. Толщина этого слоя близка к толщине

слоя поглощения светового излучения в металлах, где эффективные температуры и

давление весьма высоки, и вследствие этого коэффициент диффузии существенно

увеличивается.

Скорость подвижности легирующих элементов определяется температурой в жидкой

фазе, временем соприкосновения между твёрдой и жидкой фазами, физической

природой примесных атомов и концентрацией примесей. Для значительного числа

элементов, растворимость их в жидкой фазе выше, чем в твёрдой, поэтому перед

границей жидкой фазы образуется слой с пониженным содержанием примесей. После

окончания действия излучения прекращается движение границы раздела жидкая

фаза – твёрдая фаза, и начинается кристаллизация тонкой плёнки.

В этот момент испарение с поверхности перестаёт иметь значение. Поэтому по

мере кристаллизации наблюдается обратный переход части примесных и легирующих

атомов в зону, прилегающую к кратеру. Это должно приводить к выравниванию

числа примесных атомов в зоне вблизи кратера, хотя полной компенсации

недостачи легирующих примесей может и не быть вследствие того, что

температура в зоне обработки не существенно превышает температуру плавления.

Таким образом, исходного распределения легирующих примесей в зоне,

прилегающей к кратеру, должно быть отлично от конечного. Диффузионная глубина

существенно зависит от температурного поля в зоне кратера. В связи с этим

процесс изменения содержания элементов при действии излучения лазера на

металлы может быть разбит на несколько стадий.

Первая стадия – нестационарный процесс, приводящий к установлению

квазистационарного распределения температуры в зоне кратера. Следующая стадий

– квазистационарный процесс разрушения, при котором температурное поле

материала можно считать установившемся. На этой стадии происходит

установление диффузионного процесса накопления примесей в жидкой плёнке,

примыкающей к зоне обработки, или её примесями, в последней стадии процесса,

соответствующей кристаллизации тонкой плёнки расплава после окончания

действия излучения, происходит обратный перенос примесей из жидкой в твёрдую

фазу, то есть обогащение поверхностного слоя легирующими элементами.

При легировании СО2 - лазером мощностью 1 кВт, диаметр пятна 0,59 –

1,8 мм и скорости сканирования 12,7 ÷ 1270 см/мин, время наплавления

металла в данной точке не превышает 0,1 ÷ 1,5 с.

Примерно столько же составляет время кристаллизации металла. На процесс

перемешивания оказывают влияние высокие градиенты температур, действие ударной

волны и т.д. Глубину проплавления можно менять от 0,05 до 5 мм, а степень

легирования в пределах от 0,1 ÷ 1 до 0,81 ÷ 1.

2.3. Приспособление для упрочнения

Поверхность детали представляет собой сложную геометрическую форму. Это

связано с конструктивной особенностью станка. От главного вала вращательное

движение кулачка передаётся в возвратно-поступательное движение штока привода

узла отрезки детали автомата холодновысадочного. Вследствие этой работы

износу подвергается профиль кулачка.

Для увеличения срока службы детали мы разработали приспособление для

лазерного легирование (борирование) сложного профиля кулачка на установке

«Кардамон».

Приспособление представляет собой систему копирования профиля кулачка. На

устройстве копирования закреплена линза, предназначенная для фокусирования

лазерного луча, с помощью которой при вращении кулачка и, соответственно,

копира выдерживается однаковое фокусное расстояние до детали и диаметр пятна

остаётся неизменным. В нашем случае диаметр сфокусированного луча составляет d

л = 2 мм; скорость луча vл = 5 мм/с.

Произведём расчёт длинны окружности кулачка, учитывая все плавные переходы

его профиля:

С = ПD = 2ПR

Итого Собщ = 402,1 мм

Переведем скорость луча в единицы СИ:

V = 5 мм/с = 5 · 60/1000 = 0,3 м/мин

Тогда частота вращения обрабатываемой детали составит:

Исходя их найденной частоты вращения обрабатываемой детали лазером,

спроектируем редуктор приспособления для лазерной обработки. От

электродвигателя посредством червячной передачи движение передается напрямую

обрабатываемой детали, а посредством цилиндрической прямозубой передачи

движение передается на копир, поднимающий планку с линзой, и на ходовой винт

для перемещения детали относительно лазерного луча.

Проведем расчет редуктора:

Он состоит из червячной передачи и двух цилиндрических прямозубых передач.

Движение червячной передаче передается от бесконтактного (шагового)

моментного электродвигателя серии ДБМ-185-10-0,04-2, развивающего пусковой

момент не менее 7,8 Н·м, с количеством пар полюсов – 8. Применение

силового шагового привода для двигателя упрощает схему управления и позволяет

обеспечить регулирование частоты от 0,6 до 1 кГц, соответственно, и частоты

вращения ротора шагового двигателя.

Рассмотрим червячную передачу.

КПД червячной передачи с учетом потерь в опорах:

. Передаточное число равное передаточному отношению

, причём И = 15

Число витков червяка Z1 принимаем в зависимости от передаточного

числа при И = 15, принимаем Z1 = 2 [c. 55. (1)]

Число зубьев червячного колеса:

Z2 = Z1 * И = 2 * 15 = 30

Примем стандартное значение [т. 4.1 (1)]

Z2 = 32 при этом И = Z2 / Z1 = 32 / 2 = 16

Выбираем материал червяка и венца червячного колеса. Принимаем для червяка

сталь 45 с закалкой до твёрдости не менее НRCэ 45 и последующем шлифованием.

Так как к передаче не предъявляются специальные требования, то в целях

экономии принимаем для венца червячного колеса бронзу БрА9ИСЗЛ (отливка в

песчаную форму). При длительной работе контактное напряжение [Cн] = 155 МПа.

(т. 4.9)

Допускаемое напряжение изгиба при реверсивной работе:

[СOF] = КFL [СOF]’.

В этой формуле КFL = 0,543 *98 = 53,3 МПа

Вращающий момент на валу червячного колеса:

Принимаем предварительно коэффициент диаметра червяка q = 10

Определяем межосевое расстояние из условий контактной выносливости:

, где к= 1,2 – коэффициент нагрузки

Модуль

Принимаем по ГОСТ 2144-76 (табл. 4.2) стандартные значения m и q

Основные размеры червяка:

Делительный диаметр червяка:

d1 = q * m = 10 * 6,3 = 63

Диаметр вершин витков червяка:

dв1 = d1 + 2m = 63 + (2 *6,3) = 75,6 мм

Диаметр впадин витков червяка:

d=d1 – 2,4 m = 63 – (2,4 * 6,3) = 47,88 мм

Длина нарезанной части шлифованного червяка:

в1 > (11 + 0,06 Z2) * m + 25 = (11 + 0,06 * 32) * 6,3 + 25 =106,4 мм

Принимаем в1 = 106 мм

Делительный угол подъема витка γ при Z1 =2 и q = 10,

γ = 110 19’

Основные размеры венца червячного колеса:

Делительный размер червячного колеса:

d2 = Z2 * m = 32 * 6,3 = 201,6 мм

Диаметр вершин зубьев червячного колеса:

dв2 = d2 +2m = 201,6 + 2 * 6,3 = 214,2 мм

Диаметр впадин зубьев:

d = d2 – 2,4 m = 201,6 – 2,4 * 6,3 = 186,5 мм

Наибольший диаметр червячного колеса:

dам2 < dв2 +6m / Z1+2 = 214,2 + (6 * 6,3) / (32*2) = 215,3 мм

Ширина венца червячного колеса:

в2 < 0,75 dв, = 0,75 * 75,6 = 56 мм

Окружная скорость червяка^

Проверка прочности зубьев червячного колеса на изгиб:

Коофициент формы зуба по табл. 4.5 [1]

YF = 2,32

Направление изгиба:

что значительно меньше вычисленного выше

[COF] = 53,3

Перейдём к расчёту цилиндрической прямозубовой зубчатой передачи

Передаточное отношение и = 1

Частота вращения ведущей шестерни n= 0,746 об/мин

Вращающий момент на ведущем валу

Т3 = Т2 = 256,4 * 103 Н * м

Выбираем материал для зубьев колёс. Для шестерни сталь 45, термообработка –

улучшение, твёрдость НВ = 230, для колеса сталь 45, термообработка –

улучшение, МВ 200.

Допускаемые контактные напряжения:

- предел контактной

выносливости при базовом числе циклов. По табл. 3.2 для углеродистых сталей с

твёрдостью поверхности зубьев менее НВ 350 и термообработкой (улучшением).

= 2НВ +70

Для шестерни:

= 2 * 230 + 70 = 530 МПа

Для колеса:

= 2 * 200 + 70 = 470 МПа

КHL = 1- коэффициент долговечности

[Sн] = 1,10 – коэф. безопасности

Для шестерни

Для колеса

Расчётное допустимое контактное напряжение

[Сн] = 0,45 (481,8 + 427,3) = 409 МПа

Исходя из компоновки редуктора принимаем межосевое расстояние dw =

200 мм из стандартного ряда чисел.

Нормальный модуль зацепления принимаем mn = 0,01 * dw = 0,01* 200 = 2 мм

Число зубьев шестерни и соответственно колеса будут:

Уточним модуль

Основные размеры шестерни и колеса:

Делительные диаметры:

d1 = d2 = mn * Z1,2 = 2 * 100 = 200 мм

Диаметр вершин зубьев:

dа1 = dа2 = d1 + 2mn = 100 + 2 * 2 = 104 мм

Ширина колеса:

в2 = ψ ва * dw = 0,4 * 200 = 80 мм

Ширина шестерни:

в1 = в2 + 5 мм = 85 мм

Коэффициент ширины шестерни по диаметру:

ψ вd = в1 / d1 = 85 / 80 = 1,06

Окружная скорость колёс и степень точности передачи

где

При такой скорости колёс следует принять 8- ю степень точности ГОСТ 1643-81.

Коэффициент нагрузки:

Кн = Кнβ * Kнα * Kнv

Кнβ = 1,10 при НВ < 350 [табл. 3.5 [1]]

Kнα = 1,16; Kнv = 1

Кн = 1,10 * 1,16 * 1 = 1,276

Проверка контактных напряжений

Аналогично производиться расчёт второй цилиндрической зубчатой передачи

приспособления для лазерного борирования.

Разработанная нами схема приспособления обеспечивает необходимую частоту

вращения обрабатываемой детали, а так же перемещение луча по всей

обрабатываемой поверхности.

Применение шагового двигателя в приспособлении позволяет значительно

упростить его кинематическую схему.

Универсальность шагового двигателя состоит в том, что при работе его с

дискретным разомкнутым приводом, возможно, регулировать скорость методом

частичного регулирования скорости до нуля.

Рис. 2.2. Схема приспособления для лазерного борирования

1. Зеркало

2. Линза

3. Кулачёк

4. Ползун

5. Плита

6. Стойка

7. Пружина

8. Редуктор

Рис. 2.3. Схема разомкнутого привода с силовым ШД

ГИ – генератор импульсов;

РИ – распределитель импульсов;

УМ – усилитель мощности;

ПН – преобразователь напряжения;

ТС – отрицательная связь по току;

ШД - шаговый двигатель.

На рис 1.8. показана схема разомкнутого привода с силовым шаговым двигателем.

Она состоит из задающего генератора импульсов, распределителя импульсов,

преобразующего однополярные напряжения в трёх фазные системы, усилителей

мощности, питающихся от широтно – импульсного преобразователя напряжения

питания ПН с жёсткой отрицательной связью по току ТС.

Такие системы с разомкнутым шаговым приводом имеют самую простую структуру и

в настоящие время получили наибольшее распространение. Они используются для

управления металлорежущими станками, газорезательными и сварочными

автоматами, координатографами, лентопротяжными и регистрирующими

устройствами, дистанционными передачами и т.п. В этих системах дискретный

входной сигнал поступает на шаговый привод и отрабатывается двигателем в виде

углового перемещения.

Перейдём к рассмотрению лазерной установки «Кардамон», предназначенной для

поверхностного упрочнения и наплавки металлов и сплавов. Максимальное значение

плотности мощности, достигаемой при фокусировке излучения такого лазера

составляет 104 – 105 Вт/см2.

Установка «Кардамон» (Рис. 1.9.) состоит из четырёх газоразрядных труб

длинной 6,5 м, которые размещены в жёсткой стальной трубе диаметром 53 см,

оптически соединяются шестью полностью отражающими зеркалами. Зеркала

крепиться в специальных водоохлаждаемых гнёздах. Радиусы кривизны этих зеркал

24 метра. В центральной части труб размещены безразрядные промежутки.

Установка работает на смеси газов (углекислого, азота и геля) с медленной

прокачкой газовой смеси. Мощность непрерывного излучения 800 Вт.

Внешней оптической системой лазера излучение фокусируется в пятно диаметром

от 2 до 4 мм. Высокая локальная плотность энергии потока позволяет

производить следующие термические операции на поверхности детали:

1) Закалка поверхностного слоя новых деталей на глубину до 0,5 мм. Режим

закалки обеспечивается движением детали со скоростью 5-10 мм/с.

Рис. 2.4. Принципиальная схема установки «Кардамон»

1 – рабочая камера; 2- зеркало; 3- линза; 4 – деталь; 5- газовая система; 6 –

пульт управления; 7 - генератор напряжения; 8 – насосная система; 9 –

приспособление; 10 – плита.

Устройство подачи детали под луч обеспечивает вращательное и поступательное

движение в широком диапазоне скоростей.

2) Легирование поверхности детали бором. Режим легирования обеспечивается при

скоростях 5-10 мм/с. Применяется для новых деталей.

3) Оплавление предварительно нанесённого на изменённую деталь порошкового

слоя толщиной до 0,5 мм. Режим оплавления обеспечивается при скоростях 4-5

мм/с.

2.4. Технология упрочнения

Для разработки осуществления технологического процесса лазерного борирования

необходимо решить следующий комплекс взаимосвязанных задач:

1) Выявить основные и вспомогательные режимы обработки;

2) Выявить взаимосвязь параметров с элементами упрочненной поверхности

материалов;

3) Разработать оптимальную схему обработки поверхности;

4) Выбрать оснастку;

5) Разработать схему базирования детали под лучом;

6) Выбрать обмазочные материалы, увеличивающие поглощение лазерного

излучения, и средства их нанесения;

7) Обеспечить максимальную производительность процесса путем его

механизации и автоматизации.

Технология непрерывного лазерного борирования имеет ряд преимуществ по

сравнению с импульсной лазерной обработкой. Во-первых, нет ограничения по

длительности лазерного воздействия. Это позволяет увеличить

производительность и геометрические размеры упрочненных зон, а также в более

широком интервале изменять структуру и свойства зоны обработки, так как

возможно осуществление процесса, как с плавлением, так и без плавления

поверхности. Во-вторых, по длине упроченных полос нет зон многократного

нагрева, и, следовательно, имеется возможность увеличения равномерности

свойств по поверхности.

В случае применения непрерывного лазерного воздействия необходимо принимать

меры к увеличению поглощения излучения.

К основным параметрам непрерывной лазерной обработки относятся:

- мощность излучения (Вт);

- диаметр пятна нагрева (мм);

- скорость перемещения луча по детали (мм/с).

Высокая эффективность лазерной обработки достигается в случае применения

специальных поглощающих покрытий, наносимых на поверхность детали в месте ее

обработки.

Данная деталь обрабатывается непрерывно, то есть луч скользит по поверхности

постоянно с определенным диаметром пятна. Это обеспечивается тем, что линза

находится относительно детали всегда на одном расстоянии, т.к. фокус не

меняется.

Заканчивают процесс лазерной обработки восстановлением. Восстановление

включает в себя промывку деталей от грязи и масла; механическую обработку

изношенной поверхности при помощи шлифовальных машин; напыление порошкового

материала; установку детали в приспособление; установку режимов работы и

скоростных режимов.

3. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

3.1. Лазерная обработка на CO2 - лазере

В качестве способа упрочнения, учитывая вышеизложенный материал и анализируя его

предлагается лазерное легирование (борирование) с применением СО2 –

лазера.

При лазерном борировании нормализованной стали марки 40Х непрерывным излучением

СО2 – лазера в зоне оплавления образуется мелкодисперсный реечный

мартенсит с микротвёрдостью 7000 – 8500 МПа.

Зона закалки без оплавления состоит из верхней области, с однородной

структурой. В верхней области формируется мартенсит с микротвёрдостью, как в

зоне оплавления. В нижней области по глубине не увеличивается неоднородность

вследствие и последовательности:

- мартенсит – тростит;

- мартенсит и тростичня сетка;

- тростично – ферритная сетка;

- феррит.

При лазерном борировании используем СО2 – лазер с обрабатывающеё

головкой (линзой). Поверхностная обработка осуществляется расфокусированным

пучком – двойной переход с перекрывающимися краями. Обработку ведём с помощью

сконструированного нами приспособления методом копирования.

3.2. Испытание материала на износ

Испытание материала – сталь 40Х (ГОСТ 1050-88) проводим на машине СМЦ – 2.

Машина предназначена для испытания материалов на износ и определения их

антифрикционных свойств при трении скольжения и трении качения, при

нормальных температурах с парами образцов диск - диск, диск – колодка и

втулка – вал.

Машина модели СМЦ состоит из следующих узлов:

1) Каретка – предназначена для проведения

испытаний без смазки и СО-смазкой с образцами:

- диск по диску при трении качения с проскальзыванием;

- диск- колодка при трении скольжения.

2) Механизм нагружения предназначен для установки

образца и приложения нагрузки.

3) Бабка нижнего образца предназначена для

установки образца в каретку.

4) Датчик для измерения крутящего момента (момента

трения) на машине. Бесконтактный индуктивный датчик состоит из двух частей

вращения ротора и статора (неподвижного).

5) Привод электромеханический со ступенчатым

регулированием скоростей.

6) Пульт управления – выполняется отдельным узлом,

который можно устанавливать отдельно.

Машина СМЦ может работать по двум схемам:

1) С замкнутым кинематическим контуром при фиксированном значении

коэффициента проскальзывания образцов в паре трения диск по диску.

2) С открытым кинематическим контуром, когда один из образцов

неподвижен, в частности, по схеме вал – втулка.

Принцип работы в обоих случаях заключается в том, что образцы получают

относительное движение при заданной нагрузке. При этом они изнашиваются, а

момент трения на валу нижнего образца измеряется и записывается. Машина не

обеспечивает непосредственное измерение износа в процессе испытания.

В нашем случае испытания будем проводить с круглыми образцами «диск по диску»

без смазки.

Устанавливают верхний и нижний образцы. Нижний образец устанавливают на валу,

верхний устанавливают и крепят на другом при оттянутой в рабочее положение

каретке. Затяжка образцов должна быть достаточной, чтобы не было

проскальзывания при работе.

После установки образцов каретку опускают до их соприкосновения . Одевают

нагрузочную скобу на кронштейн.

3.3 Исследование износостойкости покрытия

Образцы подвергались испытанию в течение часа при нагрузке 750 Н, совершая при

этом 30 000 оборотов. Материалом для рабочего тела служила сталь ШХ-15,

твёрдостью 62...64 НRcэ.

Для проверки процесса изнашивания при внешнем трении применяют величину,

называемой интегральной массовой интенсивностью изнашивания.

Dm - уменьшение массы деталей вследствие изнашивания поверхности;

α – путь трения, на котором произошёл износ;

Аа – номинальная плоскость изнашивания, площадь контакта.

В свою очередь: α = Пdn; Аа = 0,1 (м2); где d = 38 мм; n = 30

000 об; S = 10-5 м2.

Проверим образцы из стали 40Х с разной термообработкой на износостойкость:

1) Сталь марки 40Х закалка + высокий отпуск

Dm = 0,212 гр = 0,212 * 10-3 кг;

α = Пdn = 3,14 * 38 * 10-3 * 30 000 = 3579,6 м;

Аа = 0,1 * S = 0,1 * 10 * 10-3 * 10-3 = 10-6 м

отсюда J1 = 0,212 * 10-3 / 3579,6 * 10-6 = 0,059 кг/м3

2) Закалка + низкий отпуск

Dm = 0,102 * 10-3 кг;

J 2 = 0,0285 кг/м3

3) Закалка + высокий отпуск + лазерное борирование

Dm = 0,057 * 10-3 кг;

J 3 = 0,016 кг/м3

4) Закалка + низкий отпуск + лазерное борирование

Dm = 0,023 * 10-3 кг;

J 4 = 0,0064 кг/м3

Результаты исследований изобразим графически на схеме износостойкости

покрытий и занесём в таблицу 3.1:

Таблица 3.1. Износостойкость покрытия

Вывод

После проверки образцов из стали 40Х с разной термообработкой на

износостойкость, получили максимальный результат при закалке с низким отпуском

и лазерном борировании, где интенсивность износа составляет J

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6