CC BY
42
УДК 621.785.532:629.12
А. Р. Рубан, А. Х. Саламех, В. А. Мамонтов
МЕТОДИКА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ ДЛЯ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ЦЕМЕНТУЕМЫ1Х ПОВЕРХНОСТЕЙ НА ИЗГИБНУЮ ВЫНОСЛИВОСТЬ
Влияние шероховатости переходных поверхностей цементуемых зубьев колес оценивается экспериментально путем проведения сравнительных испытаний на изгибную выносливость круглых образцов диаметром 010 мм и 020 мм. Круглые образцы нагружаются консольным изгибом по симметричному циклу напряжений. Образцы изготовлены из стали 12ХН3А ГОСТ 4543-93.
Конструкция круглых образцов представлена на рис. 1. Рабочие части образцов выбраны по ГОСТ 2860-65 и приведены в табл. 1. Другие поверхности образцов спроектированы в зависимости от нагружающих и установочных элементов экспериментальных установок.
НДС58...63' Ь = 1ймм®
I \ \20/77&ерСГОиЯ \ № , ^ д ^ V© 01 °о
} И
X з ■ ■ ■ • - 2
| | ФЮ-аозв ‘ 2 *1-
75 _
207
. 219
РЗО
а
5Ъ0
^__________________565___________________ ____________ 5
г ^ . -
—, ______ -, -- >.
б
Рис. 1. Конструкции образцов для испытаний: а - 010 мм; б - 020 мм
Конструктивные элементы образцов
№ п/п Диаметр опасного сечения, мм Радиус выточки, мм Шероховатость рабочей части, Яг, мкм Кол-во
1 10 50 0,4 20
2 1,6
3 6,3
4 40
5 160
6 18 6,3
7 20 90 6,3
8 28 1,6
Точение фасонной поверхности образцов осуществлялось на токарно-винторезном станке с числовым программным управлением марки 16К20Ф3С32 по программе, написанной для каждой партии образцов, с одного установа в два прохода. Заготовка устанавливалась в центры, а вращение передавалось поводком. Пример программ для точения образцов диаметром 010 мм (пятая партия) и 020 мм (седьмая партия) представлен на рис. 2.
5 партия 7 партия
Т2 Т2
83 600 Б0,5 83 1200 Б0,3
2 - 76Е 2 - 1Е
х 16,5Е х 45Е
х 15,5 х 44
х 10,5 2 - 91,5 Я - 50 05 х 20,2 2 - 45 Я - 90 05
х 16 2 - 107 Я - 50 х 45 2 - 89 Я - 90
х 16,5Е х 90Е
2 - 74Е 2 - 1Е
2 - 75,5 х 45Е
х 15,5 20
х 10,1 2 - 91,5 Я - 50 05 х 44
х 16 2 - 107,5 Я - 50 х 19,7 2 - 45 Я - 90 05
х 16,5Е х 45 2 - 90 Я - 90 05
2 - 75 х 90Е
Б 0,7 М 02
х 15,5
х 9,7 2 - 91,5 Я - 50 05
х 15,7 2 - 108 Я - 50 05
2 - 140
х 50Е
М 02
Рис. 2. Программы для точения круглых образцов
В качестве режущего инструмента выбран резьбовой резец с углом при вершине 550 и радиусом при вершине резца 0,1 мм. Материалом режущей пластины является титанокобальтовый сплав Т5К10. При точении заготовка и резец обильно охлаждались эмульсией. Первая партия образ-
цов для достижения шероховатости Яг 0,4 мкм шлифовалась вручную абразивной лентой с последующим полированием пастой ГОИ и фетром при частоте вращения патрона 1 200 об/мин. После точения при заданных режимах резания шероховатость рабочих поверхностей образцов измерялась выборочно и составила значения, приведенные в табл. 2.
Т аблица 2
Шероховатость фасонных поверхностей круглых образцов
№ п/п Режимы резания Яг, мкм
V, об/мин S, м/мин Ґ, мм
1 1 800 0,02 0,5 0,6
2 1 200 0,05 0,5 4
3 1 200 0,3 1 60
4 400 0,8 1 132
5 600 1,5 1 252
6 1 200 0,3 0,5 40
7 1 200 0,3 0,5 40
8 1 200 0,05 0,5 3
Примечание. V, об/мин - частота вращения шпинделя станка; S, м/мин - подача суппорта; г, мм - глубина резания.
Газовая цементация образцов осуществлялась в шахтной цементационной печи ШЦ-60 мощностью 60 кВт. Режимы цементации выбраны по технологии изготовления высоконагруженных зубчатых колес и составляют: цементация - 920 0С, объемная закалка в масле - 860 0С, низкий отпуск - 180 0С.
В качестве карбюризатора использовался керосин. При выходе на рабочий режим подача керосина контролировалась капельницей и составила 110...120 капель в минуту. Газ, содержащий углерод, равномерно распределялся по высоте реторды вентилятором, установленным на крышке печи. Контроль температуры осуществлялся автоматическим потенциометром с вычерчиванием термограмм «верх-низ».
Во избежание деформации образцы во время цементации и объемной закалки были подвешены вертикально на специальном приспособлении. Длительность цементации составила 10 часов для образцов диаметром 10 мм и 20 часов - для образцов диаметром 20 мм. Перед закалкой образцы прокаливались в печи без подачи керосина до температуры 860 0С в течение одного часа - диаметр 20 мм и 40 минут - диаметр 10 мм. Закалка осуществлялась на масло. После закалки образцы проходили операцию низкого отпуска в шахтной печи Ш-30 с выдержкой в течение двух часов с последующим охлаждением на воздухе.
Качество цементации определялось на образцах-свидетелях. Свидетель был изготовлен из той же марки стали, что и образцы. После цементации образец-свидетель разрезался на фрезерном станке, затем рез зачищался абразивным и войлочным кругами до получения гладкой, без рисок поверхности (шлифа). Шлиф был протравлен в реактиве, состоящем из 100 см3 денатурированного спирта и 1 см3 соляной кислоты в течение одной минуты. Слой
цементации имел темно-серый цвет при светло-серой сердцевине. Глубины цементации измерялись на отсчетном микроскопе типа МПБ-2.
Твердость экспериментальных образцов была определена с помощью твердомера. Для этого образец зачищался и устанавливался на призму прибора. Параметры цементации представлены в табл. 3.
Т аблица 3
Величины твердости и глубины насыщения образцов после цементации
Образец Твердость, ИЯС Глубина насыщения, мм
0 10 мм 2 0 40 о 8 2
0 20 мм 58...60 1,8.2
Изготовленные образцы проходят длительные испытания на изгиб-ную выносливость на установках кафедры судостроения и судоремонта Астраханского государственного технического университета.
