Выбор рационального способа восстановления

Выбор рационального способа восстановления зависит от конструктивно-технологических особенностей детали (формы и размера, материала и термообработки), от условий ее работы (характера нагрузки, рода и вида трения) и величины износа, а также стоимости восстановления.

Для учета всех этих факторов рекомендуется последовательно пользоваться тремя критериями:

- технологическим критерием или критерием применимости;

- критерием долговечности;

- технико-экономическим критерием (отношение себестоимости восстановления к коэффициенту долговечности).

Технологический критерий (критерий применимости) учитывает, с одной стороны, особенности подлежащих восстановлению поверхностей деталей, а с другой технологические возможности соответствующих способов восстановления.

На основании технологических характеристик способов восстановления, устанавливаются возможные способы восстановления различных поверхностей детали по технологическому критерию.

После отбора способов, которые могут быть применены для восстановления той или иной изношенной поверхности детали, исходя из технологических соображений, отбирают те из них, которые обеспечивают наибольший межремонтный ресурс этих поверхностей, т.е. удовлетворяют требуемому значению коэффициента долговечности.

Коэффициент долговечности в общем случае является функцией трех других компонентов: коэффициента износостойкости, коэффициента выносливости и коэффициента сцепляемости:

КД=f(К_И,К_В,К_СЦ), (9.2.)

где К_И - коэффициент износостойкости;

К_В - коэффициент выносливости;

К_СЦ - коэффициент сцепляемости.

Численные значения коэффициентов-аргументов определяются на основании стендовых и эксплуатационных испытаний новых и восстановленных деталей. Коэффициент долговечности численно принимается равным значению того коэффициента, который имеет наименьшую величину. Из числа способов отработанных по технологическому критерию, к дальнейшему анализу принимаются те, которые обеспечивают коэффициент долговечности восстановленных поверхностей не менее 0,8.

При выборе способов восстановления применительно к деталям, не испытывающим в процессе работы значительных динамических и знакопеременных нагрузок, численное значение коэффициента долговечности определяется только численным значением коэффициента износостойкости.

Если установлено, что требуемому значению долговечности для данной поверхности детали удовлетворяют два или несколько способов восстановления, то выбор из них оптимального проводится по технико-экономическому показателю, численно равному отношению себестоимости восстановления к коэффициенту долговечности для этих способов.

Окончательному выбору подлежит тот способ, который обеспечивает минимальное значение этого отношения:

КД=СВ/КДmin (9.3)

где КД - коэффициент долговечности восстановленной поверхности;

СВ - себестоимость восстановления соответствующей поверхности, руб.

При обосновании способов восстановления поверхностей значение себестоимости восстановления СВ определяется из выражения

СВ=СУ*S, (9.4)

где СУ - удельная себестоимость восстановления, руб./см2;

S - площадь восстанавливаемой поверхности, см2.

Выберем рациональный способ восстановления шатунных и коренных шеек коленчатого вала,например

По групповой номенклатуре деталей коленчатый вал относится к классу деталей круглые стержни. Детали данного класса характеризуются цилиндрической формой при длине, значительно превышающей их диаметр. Материалом для них чаще всего служит углеродистая или высококачественная легированная сталь. Рабочие поверхности подвергают термической или химико-термической наплавкой, наплавкой под слоем флюса, в среде углекислого газа или электроконтактной приваркой ленты.

Рассчитаем стоимость восстановления каждого способа по формуле (9.3), учитывая , что удельная себестоимость восстановления составляет (руб./см2): вибродуговая наплавка - 0,8; наплавка под слоем флюса - 1,2; наплавка в среде углекислого газа - 0,6; электроконтактная приварка ленты - 0,85.

Произведем расчет площадей шеек вала (S_Ш) по формуле ( всего восстановлению подвергают три шейки):

SШ = р•Di •bi (9.5)

где D_i - диаметр i-ой шейки;

b_i - ширина i-ой шейки.

S_Ш = 3,14•(78,25•40+88,25•44,1)=22048,5 мм2 =220,485 см2.

Рассчитываем стоимость для вибродуговой наплавки

СВ1 = 220,485•0,8 = 176,388 руб.

Для наплавки под слоем флюса

СВ2 = 220,485•1,2 = 264,582 руб.

Для наплавки в среде углекислого газа

СВ3 = 220,485•0,6 = 132,291 руб.

Для электроконтактной приварки ленты

СВ4 = 220,485•0,85 = 187,412 руб.

Целесообразность того или иного метода определим из выражения (9.2).

Для вибродуговой наплавки

176,388/0,85 = 208,515 руб.

Для наплавки под слоем флюса

264,582/0,9 = 293,98 руб.

Для наплавки в среде углекислого газа

132,291/0,85 = 155,636 руб.

Для электроконтактной приварки ленты

187,412/0,9 = 208,235 руб.

Из сделанных расчетов видно, что самыми целесообразными методами восстановления коренных и шатунных шеек коленчатого вала будут наплавка в среде углекислого газа и электроконтактная приварка лентой. При наличии на предприятии оборудования для электроконтактной приварки ленты возможно избежать затрат на приобретение нового оборудования. Поэтому принимаем для восстановления шеек вала электроконтактную приварку ленты.

С точки зрения организации производства, чем меньше количество способов, используемых для восстановления различных изнашиваемых поверхностей детали, тем меньше требуется видов оборудования, выше его загрузка, а следовательно, и выше эффективность производства.

4.2 Определение режимов нанесения покрытия, выбор материалов и технологического оборудования, механической обработки и норм времени выполняемых операций

4.2.1 Электроконтактная приварка ленты и напекание порошков.

Для приварки ленты к детали необходимы импульсы сварочного тока следующих параметров (обеспечивающие 6…7 сварных точек на 1см длины сварного шва):

а) для ленты толщиной 0,3 мм амплитуда импульса сварочного тока 14500…15900 А, длительность импульсов тока 0,008…0,009 с;

б) для ленты толщиной 0,4 мм амплитуда импульса сварочного тока 16000…17500 А, длительность импульсов тока 0,0085…0,01 с;

в) для ленты толщиной 0,4 мм, привариваемой в два слоя одновременно, амплитуда импульса тока 18000…19500 А, длительность импульсов тока 0,009…0,011 с.

Усилие сжатия электродов Q_СЖ, Н и сила сварочного IСВ, А тока имеют следующую зависимость

Q_СЖ = 0,64vIСВ

Силу сварочного тока, А определяют из следующего выражения:

IСВ = 40 = 40 = 40•4,27=171 А

где D - диаметр шейки вала.

Напряжение источника питания, В

U =21+0,04•I = 21+0.04•171 = 28 В

Скорость наплавки , м/ч

= =

где - коэффициент наплавки, при наплавке постоянным током обратной полярности ( = 11…14 г/А•ч) принимаем =12 г/А•ч;

h - толщина наплавленного слоя, мм;

S - шаг наплавки, мм/об.;

?? - плотность электродной проволоки, ?? = 7,85•10-3 г/мм3

Толщина покрытия h, наносимого на наружные цилиндрические поверхности, мм

h = ,

где И - износ детали, мм;

Z1 - припуск на обработку на сторону (Z1 = 0,1…0,3мм), принимаем Z1 =0,2;

Z1 - припуск на механическую обработку после нанесения покрытия,( для электроконтактной приварки 0,2…0,5) принимаем Z1 = 0,4

Шаг наплавки, мм/об

S = (2…2,5)•dПР =2•0,4=0,8 мм/об,

где dПР - диаметр электродной проволоки, мм ( dПР = 0,4 мм).

Частота вращения детали, мин-1

1000•VН / 60•p•D = 1000•22/60•1,1•78,25 =0,42 мин-1

Оптимальные режимы напекания порошка лежат в пределах: по напряжению 0,87…1,35 В на мм толщины слоя, по давлению 40…60 МПа, по затратам энергии 2,1…3,2 Вт•ч/г.

Выбираем материал ленты сталь 40Х, твердостью 60 НRС.

Расход на покрытие 1 дм2 поверхности составит: материала (ленты) 30…35 г, электроэнергии 1…1,1 кВт•ч.

Для напекания используем порошок марки ПС - 2, твердость слоя 60 НRС.

Таблица 1.2 - Режимы приварки ленты

Основным оборудованием для электроконтактной приварки металлического слоя варки являются установки 011-1-02М, 011-1-06, 011-1-08.

4.2.2 Определение норм времени при выполнении операций

Норма времени Т выполнения операции в общем случае слагается из следующих элементов затрат:

ТН = ТОСН + ТВСП + ТДОП + ТПЗ / n = 183 + 10 + 19,3/1 = 212,3 мин.,

где ТОСН - основное время, т. е. время, в течении которого происходит изменение размеров, формы, свойств, внешнего вида обрабатываемой детали, мин;

ТВСП - вспомогательное время, т. е. время, затрачиваемое на действия, обеспечивающие выполнение основной работы (закрепление и снятие детали со станка, измерение детали и т. д.), мин;

ТДОП - дополнительное время, затрачиваемое на организацию и обслуживание рабочего места, перерывы на отдых и естественные надобности исполнителя, мин;

ТПЗ - подготовительно-заключительное время, затрачиваемое на получение задания, ознакомление с работой, подготовку рабочего места, наладку оборудования, сдачу изготовленного изделия, мин;

n - количество обрабатываемых деталей в партии, шт.

В технологических картах обычно проставляется штучное время ТШТ и подготовительно-заключительное время ТПЗ

ТШТ = ТОСН + ТВСП + ТДОП ,

Основное время Т_О для станочных работ, механизированной наплавки, гальванических покрытий определяемся по следующим формулам:

- При механизированной наплавке, газотермическом напылении цилиндрической поверхности

=.,

где L - длина наплавляемой поверхности, мм;

i - число проходов, шт.;

n - частота вращения детали, мин-1;

S - продольная подача наплавочной головки, мм/об.

где n_Д - количество деталей при одной нагрузке ванны;

n_В - количество ванн;

КВ - коэффициент использования ванн, применяется равным 0,65…0,75.

Вспомогательное время Т_В в зависимости от применяемой технологической оснастки берут в пределах от 2 до 12 мин, дополнительное время Т_ДОП определяется по формуле

Т_ДОП = 0,1(ТОСН + ТВСП),

Подготовительное - заключительное время Т_ПЗ принимается равным 15…20 мин за партию деталей.

Тдоп=0,1(183+10) =19,3 мм

4.3 Технико-экономическое обоснование проекта

Экономическая эффективность восстановления изношенных деталей может быть определена из выражения

Эв = , руб.,

где Цн, Цв - цены соответственно новой и восстановленной деталей, руб;

, - остаточная стоимость после эксплуатации соответственно и восстановленной деталей, руб;

Тн, Тв - ресурсы соответственно новой и восстановленной деталей.

Из этой формулы следует, что экономически целесообразно восстанавливать детали, для которых Эв>0. Если принять, что = , а Тв / Тн представить как коэффициент долговечности Кд, восстанавливаемой детали, соотношение цен новой и восстановленной деталей должно удовлетворять выражению

,

Таким образом, максимальная цена, за которую потребитель предпочтет приобрести восстановленную деталь вместо новой.

= 7500*0,85 = 6375 руб.,

Минимальная цена восстановления одной детали

где Сз - заводская себестоимость восстанавливаемой детали, руб.;

П - планируемая балансовая прибыль, руб.

В общем случае заводская себестоимость восстановления детали

где Св - себестоимость устранения дефектов без учета затрат на дополнительную работу детали, руб.;

Дн - себестоимость дополнительных работ, по которым необходимо выплатить, руб.;

Сф - затраты на приспособления рем. фонда, руб.

Прибыль

где НПР - норма прибыли, %