РЕФЕРАТ по дисциплине «Надежность технологического оборудования»
На тему «Конструктивные и технологические способы повышения надежности»
Выполнила: ст. гр. ТБП-51М
Проверил: доц.
ВВЕДЕНИЕ
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).
Вывод
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.
Литература
1. В. Ван-Желен. Физическая теория надежности. – Симферополь,1998.-с.318