Методические указания по выполнению практических работ разработаны на кафедре «Машиностроения и ткм»

Білім және ғылым образования и науки

министрлігі Республики Казахстан
Д. Серікбаев атындағы ВКГТУ

ШҚМТУ им. Д. Серикбаева

УТВЕРЖДАЮ

Машина жасау зауыттарының технологиялық жабдықтарын жөндеу

Зертханалық жұмыстар бойынша әдістемелік нұсқаулар

РЕМОНТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ЗАВОДОВ

Методические указания по выполнению практических работ
Специальность: 5В071200 «Машиностроение»

Форма обучения: дневная

Өскемен

2014

Одобрено учебно-методическим советом факультета машиностроения и транспорта

Разработал Л.А. Горбачев

Должность профессор

Нормоконтролер Т.В. Тютюнькова

Өскемен

2013
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1

Студент должен знать: последовательность, содержание и контроль технологических операций.

Студент должен уметь: выбирать режимы процесса восстановления и реализовать их на практике.

2. 
   Оборудование, приспособления, инструмент
   

Устанбвка для наплавки шеек коленчатого вала, шлифовальный станок, установка ТВЧ для закалки шеек, твердомер ТК-2, балансировочный станок.

2. 
   Содержание работы
   

3.1 Наплавка шеек

Выполняется различными способами, в том числе под слоем флюса, При этом свойства наплавленного слоя (твердость, износостойкость) должны соответствовать техническим условиям.

Чтобы обеспечить требуемые свойства, помимо правильного подбора наплавочных материалов (флюс, наплавочная проволока) необходимо правильно выбрать режимы наплавки.

Суцествуют различные методики подбора режимов; можно рекомендовать следующую.

3.2 Рассчитать толщину наплавки

где t - толщина наплавки, мм,

δ - суммарная величина износа плюс пропуск на предварительную обработку перед неплавкой (если она предусматривается перед наплавкой) мм;

f - припуск на обработку, мм (для шлифования, примерно, 0,6 мм; для точения 1,2 - на одну сторону).

3.2 Определить параметры режима наплавки

Сила сварочного тока

d_э² - диаметр электродной проволоки, мм;

Плотность тока определяется по графиику, представленному на рис.1.

Рисунок 1 - Наплавка в среде СО₂; 2 - наплавка под флюсом; 3 - вибродуговая наплавка.

Определяется масса расплавленного метатаа:

где J_св - сварочный ток, А;

α_н - коэффиционт наплавки, г/А ч (количество наплавленного металла при прохождении тока в один ампер в течение одного часа).

Коэффициент наплавки зависит от способа сварки или наплавки; его можно определитъ по графику, представленному на рис.2.

Рисунок 2 - Наплавка в среде С0₂; 2 - наплавка под флюсом; 3 - вибродуговая наплавка

Скорость подачи электродной проволоки

С учетом формулы 3 получаем

(А = 0,80-0,95)

К – коэффициент перехода металла на наплавляемую поверхность (к = 0,90...0,98);

t - толщина наплавленного слоя, мм;

S - подача, мм/об (S = (1,5-2)· d_э).

3.5 Частота вращения наплавляемой детали определяется по формуле

D – диаметр наплавляемой поверхности, мм.

3.6 Основное время наплавки
, мин (9)

где L - длина наплавляемой поверхности, м;

n - частота вращения, мин^-1;

і - число проходов (количество слоев наплавки)$

S - подача, мм/об .

3.7 Кроме рассмотренных выше параметров режима наплавки следует также выбрать значения вылета электрода, смещения электрода с зенита, угла наклона мундштука наплавочной головки к оси наплавляемой детали.

Вылет электрода (расстояние между нижним срезом мундштука головки и наплавляемой деталью) при наплавке под слоем флюса находится в пределах 10-20 мм.

Смещение электрода от зенита (высшей точки наплавляемой детали) навстречу вращению с целью предотвращения стекания расплавленного металла для диаметров 50-150 мм - составляет 3-8 мм.

Угол наклона мундштука наплавочной головки к оси вращения наплавляемой детали выбирают в пределах 75-90°.

Напряжение наплавки должно обеспечивать стабильность процесса наплавки и при наплавке под флюсом находится в пределах 24-28 В.

3.8 Шлифованиө шеек коленчатого вала

Производится на специальных шлифовальных станках. По принятой на данном предприятии технологии выполняют предварительное шлифование после наплавки и окончательное (чистовое) после закалки токами высокой частоты.

3.9 Закалка токами высокой частоты

Для достижения требуемой твердости шеек коленчатого вала (НРС 50-55) производится их закалка на установке ТВЧ. Особенности этого вида поверхностного термического упрочнения известны из курса «Материаловедение и термическая обработка».

3.10 Балансировка коленчатого вала

Дисбаланс коленчатого вала, который возникает вследствие погрешностей восстановления, неточности сборки с маховиком, деформациями при наплавке, создает дополнительную нагрузку на опоры и подшипники и вызывает вибрацию двигателя. Если дисбаланс, возникающий при вращении вала при наличии неуравновешенных масс, превышает допустимые нормы, в процессе эксплуатации двигателя произойдет быстрый его выход из строя вплоть до появления аварийных поломок.

Поэтому коленчатые валы после их восстановления подвергаются динамической балансировке на специальных балансировочных станках.

3.11 Принцип работы^- балансировочного станка КИ-4274.

Проверяемое изделие (например, коленчатый вал в сборе с маховиком) устанавливают на две опоры, которые под действием центробежных сил, возникающих при вращении небалансированного изделия совершают колебательные движения в вертикальной плоскости. На концах опор имеются катушки (обмотки), которые перемещаотся в поле постоянных магнатов, в результате чего механические колебания преобразуются в колебания электрического тока. При этом выходное напряжение преобразователя пропорционально значению дисбаланса. Переключателем на пульте управления осуществляется коммутация измерений значения дисбаланса в левой и правой опорах.

Угол дисбаланса определяется с помощью стробоскопического индикатора. Стробоскопический индикатор управляется напряжением преобразователя механических колебаний в электрические. Каждый раз, когда вектор дисбаланса оказывается в вертикальной плоскости, проходящей через ось вращающегося проверяемого изделия и направлен вверх, лампа индикатора вспыхивает и освещает значение угла (в градусах) на вращающемся лимбе, укрепленном на шпинделе, поскольку вспышка лампы стробоскопического индикатора происходит синхронно с частотой вращения ротора (и проверяемой детали или узла) и она освещает одну и ту же точку, цифра на лимбе кажется неподвижной.

Цифра, оказавшаяся против неподвижной белой стрелки и определяет угол плоскости вращающегося изделия, где расположена неуравновешенная масса (угол коррекции).

Снаружи, на общем валу; находится такой же лимб с синхронно градуировкой градусной шкалой. По этому лимбу (при остановленном вращении проверяемого изделия) находят плоскость коррекции.

3.11 Порядок выполнения работы

3.12 Установить коленчатый вал в сборе с маховиком и закрөпитъ. Определить момент дисбаланса на правой и левой опорах и угол расположения эквивалентной массы, Учитывая, что устранение дисбаланса в плоскости маховика приводит обычно к устранению дисбаланса и другого конца, можно ограничиться определением момента дисбаланса тслько в правой опоре.

3.13 Выбрать сечение вала, в котором предполагается выбирать дисбалансную массу детали. Замерить расстояние этого сечения от правой и левой опоры. Рассчитать величину центробежной силы в выбранном сечении вала по формуле:
, (10)
где М_D - момент дисбаланса по показанию прибора, г.мм,

l - расстояние от сечения коррекции до опоры коленчатое вала, мм.

3.14 В выбранном сечении детали замерить радиус, на котором предполагается выбрать дисбалансную массу детали.

Расчитать величину эквивалентной массы G_ЭКВ в выбранном сечении, вызывающей дисбаланс по формуле:

n - частота вращения детали (400 об/мин),

R - радиус дисбалансной массы, мм

q – ускорение силы тяжести, мм/с².

3.15 Устранить дисбаланс коленчатого вала

Устранение дисбаланса достигается удалением (высверливанием) излишней массы металла в плоскости дисбаланса, либо добавлением массы (например, наплавкой) в противоположной точке.

.
4 Порядок выполнения работы
4.1 На участке наплавки коленчатых валов зафиксировать: тип наплавочной головки, род тока, полярность, величину сварочного тока и напряжения, скорость подачи электродной проволоки, скорость наплавки, длину наплавки (ширину шеек), диаметр наплавки, материал и диаметр электродной проволоки, вид флюса.

4.2 Расчитать параметры режима наплавки в соответствии с данными методическими указаниями и сопоставить с реальными.

4.3 Определить режимы предварительного и чистового шлифования с указанием типа станка и используемых инструментов и приспособлений. Дать заключение о качестве обработки.

4.4 Определить параметры режима поверхностной закалки на установке ТВЧ, указав ее тип.

4.5 Замерить твердость шеек после закалки.

4.6 Выполнить динамическую балансировку вала в сборе с маховиком.

1. 
   Перечень основных операций по восстановлению вала.
   
2. 
   Расчеты параметров режима наплавки и сопоставительный акализ с реальными параметрами
   
3. 
   Режимы шлифования, инструмент
   
4. 
   Режим и результат закалки
   
5. 
   Результаты балансировки
   
6. 
   Заключение о качества выполнения операции, соответствие их техническим условиям
   

1. 
   Особенности наплавки под слоим флюса. Характеристика применяемого на заводе при наплавке флюча и наплавочной проволоки.
   
2. 
   Коэффициент наплавки, его определение и физический смысл.
   
3. 
   Какие поверхности коленчатого вала используются в качестве технологических баз при шлифовании шеек?
   
4. 
   Какую твердость должны иметь шейки вала после закалки?
   
5. 
   Принцип дойствия балансировочного станка КИ-4274.
   
6. 
   Принцип действия стробоскопа.
   
7. 
   Последовательность балансировки.
   

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. 
   Воробьев И.Н. Технология машиностроения и ремонта машин. - М.: Высшая школа, 1981.
   
2. 
   Воднев А.Г., Шаверин Н.Н. Лабораторный практикум по ремонту автомобилей. - М.: Транспорт, 1984.
   
3. 
   Лахтин Ю. М. Леонтьева В.И. Материаловедение. – М.: Машиностроение, 1985.
   

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2

Студент должен знать: физико-химическую сущность процесса осталивания, технологию процесса.

Студент должен уметь: выбирать режимы процесса и реализовать их на практике.
2 Оборудование, приспособления, инструмент
Ванны твердого осталивания и промежуточных обработок с соответствующими реактивами, источники питания, контрольно-измерительная аппаратура и приборы, восстанавливаемые деталь и подвесные приспособления.
3 Свойства электролитического железа.
Твердое железо, получаемое электролитическим путим из горячих (60-90°С) кислых растворов хлористого железа при высоких плотностях тока по некоторым свойствам (твердость, упругость, износостойкость) напоминают среднеуглеродистую сталь. Поэтому способ получения на деталях твердых износостойких осадков железа назван твердым осталиванием.

Электролитическое железо по химическому составу соответствует малоуглеродистой стали, содержащей незначительное количество углерода, серы, фосфата, кремния, марганца.

Электролитическое железо имеет серебристо-серый цвет. Физические свойства железа следующие:

• 
  атомный нас - 55,85;
  
• 
  удельный вес - 7,875 г/см³;
  
• 
  температура плавления - 1553±5°;
  
• 
  твердость химически чистого железа НВ 30-40;
  
• 
  твердость электролитического железа НУ 1200;
  
• 
  5500 мПа (120-550 кГ/мм³);
  
• 
  электрохимический эквивалент железа 1.042 г/А.час.
  

Процесс осталивания отличается большой универсальностью: в электролите неизменного состава в зависимости от выбранного режима можно получить покрытия с различными свойствами, от мягких, напоминающих медь, до твердых, напоминающих закаленную сталь.

Покрытия хорошо хромируются, мягкие покрытия хорошо цементируются.

Механическая обработка осталенных деталей не вызывает дополнительных требований к режимам резания.

Процесс осталивания отличается большой стабильностью и может быть автоматизирован.
4 Сослав электролита. Особенности процесса
Электролитическое осталивание с целью восстановления деталей осуществляется из растворов хлористого железа FeCl₂.4Н₂О 400...450 г/л в присутствии небольшого количества свободной соляной кислоты НСl 2...4 г/л при температуре электролита 60...90°C, кислотность рН = 0,2..0,6.

Иногда в состав электролита могут быть введены добавки, улучшающие свойства покрытий (например, NiCl ₂. 6Н₂О),

Существенное влияние на процесс электролиза оказывает свободная соляная кислота, имеющаяся в электролите.

На катоде при электроосаждении железа протекают следующие процессы:

Раствор соли хлористого железа в значительной мере подвержен гидролизу и может существовать только в достаточно кислой среде. Поэтому на протекание процесса осталивания большое влияние оказывает кислотность электролита, которая определяется значением водородного показателя рН - показателя степени концентрации, ионов водорода, взятый с обратным знаком. Например, если концентрация ионов водорода в растворе составляет 10 (граммэквивалента на литр), то водородный показатель рН в этом случае равен 4. Следовательно, чем меньше значение числа рН, тем выше его кислотность. В нейтральных растворах концентрация водородных и гидроксильных ионов одинакова и рН = 7. Если рН < 7, раствор становится кислым, а при рН > 7 - щелочным.

Увеличение рН (т.е. снижение кислотности) нарушает равновесие гидролиза и приводит к образованию осадка гидроокиси. Из теории электрохимических реакций известно, что выпадение осадка .- Ғе(0Н)₃ должно начаться при рН ≥ 15.

Для предупреждения выпадения Ғе(0Н)₃ рекомендуется обеспечить рН < 0,9 по прибору и < 1,2 по индикаторной бумаге.

Допускать при осталивании более высокую кислотность на рекомендуется, так как повышение кислотности электролита приводит к увеличению на катоде водорода, в связи с чем выход железа по току уменьшается.
5 Оборудование для осталивания
Участок осталивания оснащается следующим оборудованием: ванны осталивания, ванны анодной очистки, ванны для промывки, источники тока и контрольно-регулирующей аппаратурой.

Ванны осталивания изготовляются из листовой стали и футеруются внутри различными материалами (полуэбонит, титановый лист и др.). Подогрев электролита осуществляется термоэлектронагревателкм через масляную рубашку. Постоянство томпературы электролита обеспечивается терморегулятором.

В качестве источников тока используются низковольтные генераторы или выпрямители с напряжением G ими 12 В. Осталивание обычно проводится при напряжении 12 В.

Отсос вредных испарений от ванн осталивания и анодной очистки производится посредством местной интенсивной вентиляции.

1. 
   Обезжиривание. Выполняется различными способами и реактивами. Как исключение, допускается обезжиривание неэтилированным бензином с соблюденном соответствующих мер предосторожности.
   
2. 
   Монтаж деталей в подвеску. Конструкции подвесных устройств различны и зависят от формы, размера, вeca деталей, подвергаемых осталиванию.
   
3. 
   Анодная очистка. Ее цель - снятие тонких слоев пленок окислов с целью максимального обнажения кристаллической структуры поверхностей покрытия. Выполняется в 30% растворе серной кислоты H₂SO₄ при температуре 20°С.
   

• 
  анодная очистка на режиме: u = 12-15 В, анодная плотность тока D_а = 90 А/дм², время τ = 1...2 мин;
  
• 
  промывка холодной водой, очистка шкуркой непротравленных мест - ополаскивание в холодной воде;
  
• 
  анодная очистка на режиме первой стадии, но с уменьшением продолжительности процесса (τ ≈ 0,5 мин), промывка в холодной воде.
  

6.5. Включение тока. Сначала катодная плотность тока (Dк) должна быть равной примерно 3А /дм², а затем плавный (в течение 1,5 минут) переход до значения Dк = 30 А/дм².

Примечание. Быстрое нарастание тока приводит к образованию слоя гидроокиси ОН, по которому возможно отслаивание нанесенного осадка.

Время осталивания определяют по формуле

где τ - время, час;

h - толщина наращиваемого слоя, мм;

D_к - катодная плотность тока, А/дм².

6.6. ІІромывка горячей водой в специальной промывочной ванне, демонтаж, обработка (окунанием) в слабом растворе нитрита натрия Na₂NO₂. Цель такой обработки - пассивация, т.е. защита поверхностей от ржавления.

6.7. Механическая обработка

1. 
   Изучить материал данных методических указаний
   
2. 
   Под руководством преподавателя или мастера изучить оборудование гальванического участка, а также иллюстрационно-инструктивные материалы, имеющиеся на участке.
   
3. 
   Определить площадь поверхностей деталей, подлежащих осталиванию для выбора величины силы тока с целью обеспечивания требуемой по режиму анодной и катодной плотностей тока (D_a и D_k).
   
4. 
   В соответствии с разделом 6 выполнить все операции по реализации процесса осталивания.
   

Таблица результатов

1. 
   Сущность процесса осталивания, ого особенности.
   
2. 
   Краткий перечень операций твердого осталивания,
   
3. 
   Таблицу результатов.
   
4. 
   Заключение о качестве покрытия,
   

1. 
   Что такое твердое осталиваниө?
   
2. 
   Физико-механические свойства электролитического железа, эксплуатационные свойства покрытий.
   
3. 
   Состав электролита.
   
4. 
   Что такое кислотность электролита, чем оценивается, как влияет на процесс и качество покрытия?
   
5. 
   Какие технологические операции процесса в наибольшей степени влияют на прочность сцепления покрытия с основным металлом?
   

Список использованных источников

1. 
   Воробьев Л.П. Технология машиностроения и ремонт машин. – М.: Высшая школа, 1981.
   
2. 
   Мелков М.П. Твердое осталивание автотракторных деталей. - М.: Высшая школа, 1971.