CC BY
82
и соединения (кроме кратноресурсных с повышенной кратностью).
Таким образом, для любого соединения или размерной цепи можно выбрать оптимальные параметры материалов пар трения и рассчитать допуск и стоимость обработки исследуемых поверхностей деталей при минимуме затрат для обеспечения заданного ресурса и ВБР.
Список литературы
1. Надежность и эффективность в технике: справочник. В 10 т. / В.С. Авдуевский [и др.]. — М.: Машиностроение, 1986.
2. Леонов, О.А. Обеспечение качества ремонта унифицированных соединений сельскохозяйственной техники методами расчета точностных параметров: дис. ... доктора техн. наук. — М.: ФГОУ ВПО МГАУ, 2004. — 324 с.
УДК 631.3.004.6
Л.В. Фёдорова, доктор техн. наук, профессор С.К. Фёдоров, доктор техн. наук, профессор Е.В. Нагнибедова, инженер
ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина» В.Б. Салов, инженер
ФГОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия»
ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКОЙ
Анализ деятельности российских предприятий машиностроения, станкостроения, автотранспортных предприятий, служб коммунального хозяйства, нефтегазовых компаний, строительных фирм и предприятий АПК свидетельствует о том, что наряду с потреблением метизной продукции специализированных компаний вышеперечисленные предприятия дополнительно занимаются производством и восстановлением деталей с резьбой. Для этого они содержат специальное и универсальное оборудование, штат квалифицированных специалистов и широкую номенклатуру резьбообразующего инструмента. При этом основным способом изготовления резьбы остается нарезание. После формирования резьбы изделия поступают в эксплуатацию, как правило, без дополнительных эффективных способов обработки резьбовых поверхностей [1]. Причем при выборе способа изготовления резьбы не учитываются ни условия работы деталей, ни наиболее характерные дефекты резьбы. До настоящего времени в ремонтных мастерских автотранспортных предприятий детали, подверженные усталостному разрушению по впадине резьбы, изготавливают нарезанием без какой-либо последующей обработки. Крепежные изделия, серийно выпускаемые и изготовленные в ремонтных мастерских, зачастую не соответствуют критериям износостойкости, прочности, пределу выносливости.
Существующие способы образования метрической резьбы нарезанием или накатыванием имеют недостатки (см. таблицу), что не позволяет производить изготовление резьбы со следующими свойствами: твердость поверхностного слоя резьбы
4000.7800 НУ МПа (42.64 НЯС) при сохранении вязкой сердцевины витков; отсутствие окисления и обезуглероживания поверхностного слоя; отсутствие коробления деталей; получение волокон металла, вытянутых вдоль профиля основания и боковых поверхностей резьбы; глубина слоя повышенной твердости 0,04.0,20 мм и глубина пластически деформированного слоя 0,02.0,08 мм; оптимальная микрогеометрия поверхностей по высоте и форме; мелкодисперсная мартенситная структура поверхностного слоя [2].
Изучение существующих способов изготовления и восстановления резьбовых поверхностей, анализ преимуществ и недостатков традиционных методов, теоретические и экспериментальные исследования в области электромеханической обработки (ЭМО) деталей позволили разработать следующие направления повышения долговечности резьбы:
• отделочно-упрочняющая электромеханическая обработка (ОУЭМО);
• электромеханическая поверхностная закалка (ЭМПЗ);
• электромеханическое восстановление (ЭМВ). ОУЭМО (рис. 1) производится после нарезания
или накатывания резьбы и основано на соединении в единой технологической схеме эффектов поверхностного пластического деформирования и поверхностной закалки исполнительных и (или) вспомогательных участков резьбового профиля.
ОУЭМО позволяет исключить дефекты окисления и обезуглероживания поверхностного слоя; формировать виток резьбы, закаленный поверхностно при сохранении вязкой сердцевины нижележа-
109
Основные способы изготовления резьбы
Вид обработки Недостатки Достоинства
Нареза- ние 1. Низкое качество обработки. 2. Наличие технологических концентраторов. 3. Необходимость применения дополнительных способов отделочной, упрочняющей, отделочно-упрочняющей или химико-термической обработки 1. Возможность получения резьбы любого типоразмера. 2. Получение резьбы на хрупких материалах. 3. Возможность получения резьбы любого профиля. 4. Получение резьбы на тонкостенных деталях. 5. Технологическая простота метода
Накаты- вание 1. Не может быть применено на хрупких материалах (чугун). 2. Практически невозможно получить прямоугольные и ленточные резьбы. 3. Большие трудности при накатывании резьбы несимметричного профиля (упорные). 4. Сложность накатывания резьбы на полых тонкостенных деталях. 5. Необходимость использования специального оборудования. 6. Ограничение по твердости 1. Высокая производительность. 2. Получение резьбы с высокими физикомеханическими свойствами. 3. Изготовление резьбы высокой точности
щих слоев; получить текстуру металла, вытянутую вдоль профиля опасного сечения впадины; производить сглаживание микронеровностей с изменением их формы и геометрии; обеспечить соответствие формы инструмента и обрабатываемой поверхности. ОУЭМО выполняется твердосплавным инструментом при обеспечении в зоне контакта инструмент-резьба трения скольжения [3].
ЭМПЗ резьбы (рис. 2) основано на обеспечении в зоне контакта инструмент-резьба трения качения при нагреве поверхности детали до температуры образования аустенита и охлаждения с высокой скоростью. При ЭМПЗ происходит закалка контактной области резьбы на высокую твердость. Разработаны две схемы ЭМПЗ резьбы: финишная ЭМПЗ — без изменения геометрии и шероховатости
поверхностей; предварительная ЭМПЗ — с обеспечением геометрии и шероховатости на последующих операциях.
Соединение деталей посредством резьбы наиболее широко применяют в конструкциях автомобилей. Зачастую детали с резьбой составляют до 60 % общего количества деталей в машине. Трудоемкость сборочно-разборочных работ, приходящихся на резьбовые соединения, достигает до 40 % общей трудоемкости ремонта автомобиля. Ремонт и замена резьбовых соединений являются травмоопасными операциями. Значительная часть резьбовых деталей вызывает справедливые нарекания на производстве по критериям износостойкости витков резьбы и стержня болта. Крепежные детали изготавливают из сталей 35, 40, 40Х, 45, 20Г2Р. Твердость поверхности по гладкой части болта и по резьбе не превышает 34 НЯС, что продиктовано условиями накатывания резьбы.
Низкое качество резьбы, изготовленной в условиях машиностроительных предприятий, приводит к ее износу и необходимости восстановления деталей в условиях мастерских, эксплуатирующих технику организаций. В зависимости от характера дефекта, технологических возможностей предприятий восстановление деталей с резьбой производится способами сварки, наплавки, припекания проволоки или ленты, нарезанием резьбы ремонтного размера, постановкой дополнительной детали, заменой части детали, прогонкой дефектной
Рис. 1. Принципиальная схема и виток резьбы после ОУЭМО:
1 — заготовка; 2 — инструмент; 3 — установка ЭМО
резьбы резьбообразующим инструментом. Вышеперечисленные способы восстановления деталей с резьбой основаны на формировании геометрии резьбового профиля методами резания, без обеспечения требуемых свойств по твердости, шероховатости и текстуре волокон металла.
Процесс ЭМВ проводится по схеме: определение объема металла и возможность его принудительного перемещения для компенсации взамен изношенного; расчет возможного запаса прочности стержня болта при уменьшении внутреннего диаметра резьбы; выбор технологической схемы обработки с разработкой оборудования, инструмента и оснастки для конкретных деталей [4].
ЭМВ дефектного профиля резьбы основано на пластическом перераспределении материала детали нерабочих поверхностей впадин и искаженных участков резьбы. Для того чтобы происходило перераспределение материала из впадины резьбы, необходимо довести его до пластического состояния и приложить нагрузку, способную переместить пластичный объем в требуемом направлении. Первая задача решается за счет изложенных выше особенностей ЭМО. Вторая задача выполняется благодаря тому, что происходит перемещение необходимых объемов нагретого металла. Находясь в пластичном состоянии и будучи ограниченным в условиях перемещения, металл заполняет пространство между инструментом и изношенным профилем боковых поверхностей. При этом происходит исправление деформированного участка витков резьбы, формирование впадины и номинального типоразмера поверхности (рис. 3).
Выводы
1. Анализ условий эксплуатации, схем нагружения и характерных дефектов резьбы деталей машин и технологического оборудования свидетельствует об отсутствии в условиях метизного, единичного и ремонтного производств эффективных способов повышения долговечности деталей с резьбой при их изготовлении и восстановлении.
2. Изучение физических и технологических особенностей различных методов обработки резьбы позволило теоретически обосновать возможность применения технологии электромеханической обработки при закалке, отделочно-упрочняющей обработке и восстановлении резьбы без нарушения установленных требований по геометрии, исклю-
чить явления окисления и обезуглероживания поверхности.
3. Разработан способ электромеханического восстановления геометрии и улучшения физикомеханических свойств резьбы, основанный на пластическом перераспределении материала из основания, исправления дефектного металла и перемещения его в нужном направлении за счет нагрева контактных поверхностей электрическим током и одновременного деформирования металла инструментом, повторяющим профиль номинальной резьбы.
4. Эксплуатационные испытания деталей, упрочненных или восстановленных электромеханической обработкой, подтвердили достоверность теоретических и экспериментальных исследований по увеличению долговечности, износостойкости и предела выносливости соединений в условиях сельскохозяйственных, перерабатывающих, транспортных, строительных, ремонтных, добывающих, обслуживающих и промышленных предприятий.
5. Для реализации способа разработана конструкторская и технологическая документация на оборудование и процессы отделочно-упрочняющей обработки, электромеханической поверхностной закалки и электромеханического восстановления резьбы с учетом вида производства, типоразмера, конструктивных особенностей деталей, условий эксплуатации и схемы нагружения резьбовых соединений, выданы практические рекомендации.
Список литературы
1. Федорова, Л.В. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств резьбовых соединений сельскохо-
111
зяйственной техники отделочно-упрочняющей электромеханической обработкой: автореферат дис. ... доктора техн. наук. — М., 2006. — 29 с.
2. Федоров, С.К. Повышение долговечности деталей сельскохозяйственной техники электромеханической обработкой: автореферат дис. . доктора техн. наук. — М., 2009. — 32 с.
3. Отделочно-упрочняющая электромеханическая обработка резьбы насосно-компрессорных труб / Л.В. Федорова, С.К. Федоров, Ю.Н. Курамшин [и др.] // Бурение и нефть. — 2006. — № 1. — С. 10-12.
4. Федорова, Л. В. Отделочно-упрочняющая электромеханическая обработка метрической резьбы / Л.В. Федорова, С.К. Федоров // Метизы. — 2007. — № 2(15). — С. 68-71.
УДК 678:53
А.С. Кононенко, канд. техн. наук, доцент
ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»
ОЦЕНКА ВРЕМЕНИ ОТВЕРЖДЕНИЯ АНАЭРОБНЫХ И СИЛИКОНОВЫХ ГЕРМЕТИКОВ ПО ДЕФОРМАЦИОННЫМ СВОЙСТВАМ
Неподвижные фланцевые соединения применяются практически во всех отраслях промышленности для разделения сред с различными физическими параметрами. Герметичность таких соединений определяется в основном упругостью уплотнителя, которая зависит от его деформационнопрочностных свойств [1].
В качестве уплотнителей для неподвижных фланцевых соединений до недавнего времени использовались прокладки из традиционных материалов (алюминий, латунь, никель, свинец, медь, асбест, паронит, картон, кожа, пробка, фибра, резина, фторопласт и др.). Они не всегда обеспечивают требуемую герметичность фланцевых соединений по причине невысокого качества соединяемых поверхностей, недостаточной затяжки резьбовых соединений и т. д.
Прокладки из герметиков лишены этих недостатков, они полностью заполняют макро- и микронеровности герметизируемых поверхностей фланцев, не требуют высоких контактных давлений. Герметики целесообразно применять для герметизации соединений, которые в соответствии с правилами и нормами не предусмотрено разбирать во время эксплуатации.
Герметики по механизму отверждения, физическим и технологическим свойствам подразделяют на высыхающие, невысыхающие, вулканизирующиеся и полимеризующиеся [2-4]. Наибольшее применение для уплотнения фланцевых соединений получили вулканизирующиеся и полимеризую-щиеся герметики. Вулканизирующиеся герметики по типу каучука подразделяют на тиоколовые (по-лисульфидные), силоксановые, фторкаучуковые, фторсилоксановые, силиконовые и т. д. В качестве полимеризующихся герметиков для уплотнения фланцевых соединений используют в основном анаэробные герметики, которые представляют собой составы на основе смол акрилового и мета-
112
крилового ряда, способные длительное время находиться в вязкотекучем состоянии в присутствии кислорода воздуха и быстро отверждаться в узких зазорах при нарушении контакта с ним.
В машиностроении наибольшее распространение получили силиконовые и анаэробные герметики. На российском рынке широко представлены отечественные силиконовые герметики — Автогерметик-прокладка (далее — Автогерметик), Автогермесил и их аналоги, используемые большинством автопроизводителей, — Loctite-598 и Loctite-5920. Анаэробные герметики отечественного производства, рекомендованные заводами ВАЗ и ГАЗ, представлены составом Анатерм-501, зарубежные — Loctite-518.
Силиконовые герметики стойки к воде, антифризу, тосолу, синтетическим и минеральным маслам. Исследуемые герметики различаются диапазоном рабочих температур: Автогерметик работоспособен в диапазоне температур от -50 до 200 °С, Loctite-598 — от -54 до 205 °С, Автогермесил — от -60 до 250 °С и Loctite-5920 — от -60 до 350 °С. Анаэробные герметики используют для герметизации соединений, стойких к воздействию бензина и дизельного топлива. Анатерм-501 работоспособен при температурах от -60 до 150 °С, а Loctite-518 — от -55 до 150 °С.
Герметичность неподвижных фланцевых соединений зависит от деформационно-прочностных свойств герметизатора, которые у прокладок из анаэробных и силиконовых герметиков связаны с кинетикой их отверждения. Об окончании этого процесса можно судить по стабилизации деформационнопрочностных свойств герметика.
Деформационные свойства силиконовых и анаэробных герметиков исследовали на образцах в виде цилиндрических стальных дисков диаметром 30 и высотой 5 мм с покрытиями данных составов толщиной 0,1, 0,2, 0,3, 0,4 и 0,5 мм. Покрытия из силиконовых герметиков выдерживали на воздухе при
