Розробка технології виготовлення виливки шестерні
Для виготовлення картера шестерень рекомендований алюмінієвий сплав АЛ 9, оскільки він найбільш повно відповідає експлуатаційним вимогам деталі. Первинна заготівля картера шестерень отримана виливком у піщану форму, тому заготівля піддавалася відпалу за режимом температури нагріву до 300 С, витримкою 2-4 години охолодження повітря. Деталь піддавалася гартуванню при температурі 535 С і старінню 160 - 200 С для отримання необхідних механічних властивостей. Загартування та старіння проводилися в гартувально-відпускному агрегаті СКЗА - 3/7.
Завданням № 2 визначено завдання – розробити технологію виготовлення виливка у піщаній формі. Для цього було вирішено такі завдання: розробка креслення виливки; розробка креслення стрижня; розробка креслення моделі; оцінка техніко-економічної ефективності
Завданням №3 визначено такі завдання. Розрахунок режиму різання (t, So, Vp, N). Вибір верстата за режимами різання.
1.1.Аналіз умов роботи деталі.
Двигун призначений для утворення хімічної енергії палива, що згорає в ньому, в механічну. При роботі двигуна на режимі заданої потужності може бути отримана зміною співвідношення між частотами обертання колінчастого валу та провідних коліс /4/.
Двигун є складним механізмом, що складається з багатьох деталей, за допомогою яких відбувається перетворення хімічної енергії та передача її на робочі органи автомобіля. До складу двигуна входять КШМ та ГЗМ. Розподільний вал встановлений у блоці циліндрів на 4 підшипниках, що ковзають, запресованих у гнізда блоку. У поздовжньому напрямку розподільний вал утримується фланцем, одягненим на нього укріпленим двома болтами. доступ до яких здійснюється через отвір та вшестерня розподільного валу. Розподільні шестерні оберігаються картером шестерень, який встановлюється на прокладці. Центрівка картера на блоці здійснюється на двох настановних втулках, через які проходять болти кріплення картера /5/ .
Проаналізувавши пристрій та призначення картера шестерень, визначено умови роботи деталі: навантаження, що діють на картер статичні; середовище неагресивне; робоча температура до 100°С.
При експлуатації картер шестерень повинен мати конструктивну міцність, тобто деталь повинна бути надійною і довговічною.
Надійність - властивість деталі зберігати в часі в встановлених межах значення всіх параметрів, що характеризують здатність виконувати необхідні функції заданих режимах в умовах застосування.
Довговічність - властивість виробу зберігати працездатність до граничного стану неможливості подальшої експлуатації /1/ . Надійність та довговічність картера шестерень залежить від правильного вибору матеріалу та термічної обробки. При цьому матеріал деталі повинен мати високий опір тріщиноутворення та поширення цих тріщин. При статичних навантаженнях, що діють на картер шестерень посадкові місця сполучених деталей повинні мати високу зносостійкість. При експлуатації картер шестерень зношується. Особливо зношування протікає в місцях контакту з іншими деталями.
Зношування - руйнування поверхневого шару сполучених деталей внаслідок сил тертя. При зносі відбувається зміна розмірів, форми, об'єму та маси деталі. При контакті двох деталей виникають сили тертя, які зростають із зростанням тиску між поверхнями, що труться. Основний вид зносу – механічне знос деталі. Молекулярно-механічне зношування має місце впроцесі приробітку механізмів і характеризується з подальшим руйнуванням нерівностей поверхонь деталі, що труться, і переносом металу з однієї поверхні на іншу /4/. Тривале вплив на метал статичних навантажень може викликати утворення мікротріщин і руйнування. Осередок руйнування розташований поблизу поверхні. Поверхня, як найбільш навантажена частина перерізу, зазнає мікродеформації, а потім у наклепаній зоні утворюються під поверхневим шаром тещини, які просуваються вглиб металу, утворюючи надрізи та сколи /1/. Картер шестерень руйнується при експлуатації найчастіше від тріщин або обломах посадкових місць під підшипники. При експлуатації виникають пробоїни на необроблених стінках та сильне зношування під підшипниками. У вітчизняному машинобудуванні виготовлення картера шестерень широко застосовується феритний сірий чавун СЧ 15 ( трактор ТДТ - 55 );
ферито-перлітний чавун СЧ 18 (ЗІЛ-130). Для полегшення ваги у вітчизняному машинобудуванні виготовлення картера шестерень використовуються алюмінієві ливарні сплави АЛ 4 , АЛ9.
Останнім часом для виготовлення картера шестерень автомобіля ГАЗ використовується високоміцний чавун ВЧ 50-2. За кордоном використовують високоміцний феритно-перлітний чавун. У Німеччині GGG-50, у Японії FCD-45 /9/.
1.2.Обґрунтування вибору матеріалу для виготовлення картера шестерень.
Якість ливарних алюмінієвих та чавунних сплавів визначається хімічним складом, механічними властивостями, технологічними характеристиками (рідкотекучістю, ступенем зміни механічних властивостей в залежності від перерізу.
виливки, герметичністю, схильністю до гарячих тріщин та ін) /6/.
З таблиці 1.1. видно , що чавуни являють собою сплави Fe-Si-C, що містять як домішкиMn,P,S. У сірих чавунах вуглець знаходиться у формі пластинчастого графіту; у високоміцному чавуні вуглець у кулястій формі графіту. Вміст вуглецю від 3,2 - 3,7%/1/.
У таблиці 1.1. також показаний хімічний склад алюмінієвих ливарних сплавів системи Al-Si (силуміни). Крім Al-Si сплави додатково леговані невеликою кількістю - Mg, Cu, Mn, Cr. У цих сплавах знаходяться і модифікуючі добавки: Ti, Zr, Be, Zn.
У таблиці 1.2. 1.3. показані механічні властивості чавунів та алюмінієвих сплавів. Механічні властивості залежать від структури та складу сплаву. Межа міцності (тимчасове опір - в) межа міцності сплаву, тобто. він показує момент появи тріщини, здатної розвиватися, яка призведе до руйнування. Отже - напруга відповідають найбільшому навантаженню попередньої руйнації деталі.
Відносне подовження (,, %) характеризує пластичність сплавів, тобто. ця величина пластичної деформації, що передує руйнуванню деталі /7/.
Жорсткість металу характеризується модулем пружності і є характеристикою того, як навантаження, прикладене ззовні, змінює міжатомні відстані. Чим меншу деформацію викликає напруга, тим жорсткіший матеріал.
Ударна в'язкість КСU показує поріг холодноламкості, тобто. значення в'язкості та характеризує надійність конструкційного матеріалу./7/.
Межа витривалості ( ) - Найбільша напруга, яка витримує метал протягом заданого числа циклів навантаження.
Зносостійкість сплавів, опору дозволу при експлуатації деталі залежить від їхньої твердості. Твердість - опір матеріалу проникненню до нього іншого твердого тіла /1/.
Отже механічні характеристики: , , KCU, , HB, E - є необхідними характеристиками для забезпечення якісних виливків. Зазвичай опір деформації поєднує загальні поняття міцність, а опір руйнуванню – надійність. Високоякісний конструкційний матеріал має бути одночасно міцним, надійним та довговічним. Отже, всі механічні характеристики визначають конструкційну міцність деталі /7/.
Для отримання якісних виливків необхідні хороші технологічні властивості, а саме рідина, лінійна, усадка, що виникають у виливку.
Усадка - зміна об'єму та лінійних розмірів під час затвердіння та охолодження /8/.
Зміст Р у сірому чавуні 0,2%. При підвищенні вмісту Р у сірому чавуні утворюються тверді включення фосфідної евтектики. Евтектика покращує ливарні властивості чавунів. Чим менше графітних включень, чим вони дрібніші і більший ступінь їхньої ізольованості, тим вища міцність чавуну. Графітні включення розділяють металеву основу, порушуючи суцільність металевої основи, роблять чавун малочутливим до різноманітних концентратів напруги. Графіт підвищує зносостійкість і антифрикційні властивості чавуну, внаслідок свого “змащувального впливу”. Графіт покращує оброблюваність різанням. роблячи стружку ламкою. Але присутність графіту зменшує опір відриву, тимчасовий опір і особливо сильна пластичність чавуну. = 0,5% при розтягуванні. Графітні включення мало впливають зниження твердості і за стисненні , величина їх визначається структурою металевої основи . Руйнівне навантаження при стисканні в 3-5 разів більше, ніж при розтягуванні. Тому чавун рекомендується використовувати переважно для виробів, що працюють на стиск /1/.