Призначення та характеристики виробу.

Призначення та характеристики виробу.

Вилка карданного валу призначена для передачі крутячого моменту від карданної передачі до заднього мосту автомобіля. Уявляє з себе хвостовик круглого перерізу з внутрішніми прямокутними шліцами розміром 65×56×16 мм. По хвостовику переміщується шліцьовий кінець карданного валу. Мінімальне остаточне зачеплення складає 40 мм. На кінці хвостовика є різьба для встановлення елементів діаметрального ущільнення. З другого кінця труби вилка має провушини, в отвір яких монтуються голчаті підшипники хрестовини. Вилка шліцьова показана на рис. 1.1.

1 – вилка шліцьова; 2 – маслянка; 3 – кінець шліцьовий; 4 – обойма сальника; 5 – труба.

Рисунок 1.1-Вилка шліцьова

 

Осі отворів вилки повинні лежати в одній плоскості та бути паралельними між собою. На плоскостях провушини є два різьбових отвори для встановлення кришки підшипника. Кут повертання шарніру від осі вилки складає 30°.Вилка повинна бути збалансована з центруванням по діаметру. Конструкція складається з двох деталей: вилки та труби, які з’єднанні між собою за допомогою зварювання. Вилка виготовляється зі сталі марки Ст35, а труба із сталі марки Ст40.

Вилка карданного валу повинна витримувати крутячий момент не менш ніж 10 кН·м, без остаточного деформування. Вилка проходить термічну обробку шліців токами високої частоти з охолодженням у воді для отримання твердості 229…289 НВ.

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

НАЗВА ДОКУМЕНТУ

1.2 Характеристика основного матеріалу

Ці сталі відносять до середньо вуглецевих якісних конструкційних сталей. Середньо вуглецеві сталі підлягають подвійній термічній обробці: загартування у воді та високий відпуск.

Режим термообробки надано у таблиці 1.1

 

Таблиця 1.1 – Рекомендовані режими термічної обробки сталей Ст35 та Ст40

Режим термообробки	Площа перерізу заготовки, мм^2	Твердість, НВ
Операція	Температура нагріву, °С	Охолоджуюче середовище
нормалізація відпуск	860-880 600-650	повітря	до 100 100-500	130-180
загартування відпуск	840-860 560-620	вода		190-230

 

Для середньо вуглецевих конструкційних сталей, у яких після гартування з’являється структура мартенситу, потрібен не просто відпуск, а високий відпуск, який проводять при високих температурах.

При цьому відбувається повний розпад мартенситу з утворенням зернистої високодисперсної структури сорбіт (феріто-карбідної суміші). Отримана структура має найкраще сполучення міцності та ударної в’язкості.

Вуглецеві конструкційні сталі характеризуються вмістом вуглецю 0,3-0,4% та визначеною кількістю легованих елементів. Хімічний склад сталі 35 та сталі 40 наведено у таблиці 1.2. механічні властивості представлено у таблиці 1.3.

Таблиця 1.2 Хімічний склад сталі 35 та сталі 40

Марка сталі	C	Si	Mn	Cr	Cu	Ni	S	P
Ст 35	0,32-0,40	0,17-0,37	0,5-0,8	≤0,25	≤0,25	≤0,25	≤0,25	≤0,035
Ст 40	0,37-0,45	0,17-0,37	0,5-0,8	≤0,25	≤0,25	≤0,25	≤0,04	≤0,035

 

Таблиця 1.3 Механічні властивості сталі 35 та сталі 40

Марка сталі	σв	σт	δ5	ψ	ан, кДж/м^2
МПа	%
Ст 35
Ст 40

 

Високий вміст вуглецю передбачає значні труднощі зварювання цих

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

НАЗВА ДОКУМЕНТУ

сталей. До них відноситься низька стійкість металу шва проти кристалізаційних тріщин, можливість утворення мало пластичних загартованих структур та тріщин в околошовній зоні та труднощі у забезпеченні рівноміцності металу шва з основним металом [2].

Для подолання цих труднощів у першу чергу для підвищення стійкості металу шва проти кристалізаційних тріщин намагаються зменшити вміст вуглецю у металі шва. Намагаються також забезпечити шов з великим значенням коефіцієнту форми шва та використовують попередній та супроводжуючий підігрів.

Про зварювання, стосовно його чутливості до загартування, судять за коефіцієнтом еквівалентної концентрації вуглецю C_екв, за яким можна оцінити схильність сталі до утворення холодних тріщин.

Є багато формул для розрахунку C_екв ,які відрізняються коефіцієнтами при значеннях концентрації легуючих елементів. В 1967 р. Міжнародним інститутом зварювання (МІЗ) для розрахунку еквівалентної концентрації вуглецю в низьколегованих сталях рекомендовано формулу:

 

(1.1)

 

Якщо C_екв ≤ 0,40 %, то сталь вважається не схильною до утворення холодних тріщин при зварюванні. За формулою (1.1) визначаємо C_екв для сталі 35 і сталі 40:

Сталь 35:

Сталь 40:

 

В обох випадках C_екв ≥ 0,40 %, тобто Ст 35 та Ст 40 схильні до утворення холодних тріщин.

Пізніше Еренбургом Була запропонована діаграма для визначення температури підігріву низьколегованих сталей залежно від товщини металу та C_екв :

1) ,

 

 

2)

де δ – товщина металу, мм.

При C_екв ≤ 0,25 %, метал не підігрівається, тобто небезпеки утворення

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

НАЗВА ДОКУМЕНТУ

холодних тріщин немає.

Підставивши значення у формулу (1.2), отримаємо:

Сталь 35:

 

Сталь 40:

З розрахунків видно, що обидві сталі схильні до холодних тріщин.

Японськими дослідниками Іто та Бессіо запропоновано параметр Р_ст:

 

(1.3)

 

Холодні тріщини відсутні, якщо Р_ст ≤ 0,25 %.

Сталь 35:

Сталь 40:

Параметр Р_ст ≥ 0,25 %, тому у сталях присутні холодні тріщини.

Широко відома формула розрахунку C_екв з врахуванням концентрації бору, за якою при C_екв ≤ 0,45 % сталь потенційно схильна до холодних тріщин.

, % (1.4)

Розрахуємо C_екв за формулою (1.3):

Сталь 35:

Сталь40:

Як видно з розрахунків, сталь 40 та сталь 35 відносяться до обмежено

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

НАЗВА ДОКУМЕНТУ

зварювальних сталей, вони схильні до загартування та тріщин, потребують при зварюванні підігріву, особливих технологічних прийомів зварювання та термообробки.

Слід мати на увазі, що при розрахунках можна отримати лише орієнтовну оцінку, оскільки на кінетичні параметри процесу перетворення аустеніту та схильність до холодних тріщин впливає дуже багато факторів.

Однак, однією з головних преваг ЕПЗ є висока концентрація енергії і можливість одержання вузької і глибокої зони проплавлення. За рахунок цього, вузька зона термічного впливу зменшує небезпеку неприпустимих змін фізико-механічних властивостей основного металу, хоча не виключає виникнення тріщин у сталях, схильних до їх утворення. Інша важлива перевага ЕПЗ – можливість використання ефективного вакуумного захисту і поліпшення властивостей металу шва в результаті вакуумного переплаву [3].

Мета та завдання проекту.

 

У зв'язку з тим, що зварювання тертям має певні недоліки, то метою даного дипломного проекту є виявлення технології складання та зварювання вилки карданного валу, яка б забезпечила підвищення продуктивності праці, зниження собівартості та підвищення якості ви­робу. Для досягнення цієї мети необхідно вирішити наступні задачі:

- обрати раціональну послідовність збирання та зварювання вилки;

- обрати спосіб зварювання та параметри режиму, які забезпечують якість виробу;

- виконати розрахунок термічного циклу і дослідження структури та властивостей отриманих зварних з'єднань;

- обрати зварювальні матеріали та необхідне основне облад­нання;

- розробити необхідне складально-зварювальне оснащення;

- виконати розрахунок пневмоприводу;

- розробити технологічний проект дільниці;

- виявити потенційно небезпечні та шкідливі фактори на діль­ниці виготовлення вилки та прийняти заходи для їх усунення;

- вказати заходи, що направлені на подолання негативного впливу

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

НАЗВА ДОКУМЕНТУ

зварювання на навколишнє середовище;

- виконати розрахунок економічної ефективності від впровадження

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

НАЗВА ДОКУМЕНТУ

технології з урахуванням запропонованих удосконалень.

Спеціальні розрахунки.

Призначення та характеристики виробу.

Вилка карданного валу призначена для передачі крутячого моменту від карданної передачі до заднього мосту автомобіля. Уявляє з себе хвостовик круглого перерізу з внутрішніми прямокутними шліцами розміром 65×56×16 мм. По хвостовику переміщується шліцьовий кінець карданного валу. Мінімальне остаточне зачеплення складає 40 мм. На кінці хвостовика є різьба для встановлення елементів діаметрального ущільнення. З другого кінця труби вилка має провушини, в отвір яких монтуються голчаті підшипники хрестовини. Вилка шліцьова показана на рис. 1.1.

1 – вилка шліцьова; 2 – маслянка; 3 – кінець шліцьовий; 4 – обойма сальника; 5 – труба.

Рисунок 1.1-Вилка шліцьова

 

Осі отворів вилки повинні лежати в одній плоскості та бути паралельними між собою. На плоскостях провушини є два різьбових отвори для встановлення кришки підшипника. Кут повертання шарніру від осі вилки складає 30°.Вилка повинна бути збалансована з центруванням по діаметру. Конструкція складається з двох деталей: вилки та труби, які з’єднанні між собою за допомогою зварювання. Вилка виготовляється зі сталі марки Ст35, а труба із сталі марки Ст40.

Вилка карданного валу повинна витримувати крутячий момент не менш ніж 10 кН·м, без остаточного деформування. Вилка проходить термічну обробку шліців токами високої частоти з охолодженням у воді для отримання твердості 229…289 НВ.

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

НАЗВА ДОКУМЕНТУ

1.2 Характеристика основного матеріалу

Ці сталі відносять до середньо вуглецевих якісних конструкційних сталей. Середньо вуглецеві сталі підлягають подвійній термічній обробці: загартування у воді та високий відпуск.

Режим термообробки надано у таблиці 1.1

 

Таблиця 1.1 – Рекомендовані режими термічної обробки сталей Ст35 та Ст40

Режим термообробки	Площа перерізу заготовки, мм^2	Твердість, НВ
Операція	Температура нагріву, °С	Охолоджуюче середовище
нормалізація відпуск	860-880 600-650	повітря	до 100 100-500	130-180
загартування відпуск	840-860 560-620	вода		190-230

 

Для середньо вуглецевих конструкційних сталей, у яких після гартування з’являється структура мартенситу, потрібен не просто відпуск, а високий відпуск, який проводять при високих температурах.

При цьому відбувається повний розпад мартенситу з утворенням зернистої високодисперсної структури сорбіт (феріто-карбідної суміші). Отримана структура має найкраще сполучення міцності та ударної в’язкості.

Вуглецеві конструкційні сталі характеризуються вмістом вуглецю 0,3-0,4% та визначеною кількістю легованих елементів. Хімічний склад сталі 35 та сталі 40 наведено у таблиці 1.2. механічні властивості представлено у таблиці 1.3.

Таблиця 1.2 Хімічний склад сталі 35 та сталі 40

Марка сталі	C	Si	Mn	Cr	Cu	Ni	S	P
Ст 35	0,32-0,40	0,17-0,37	0,5-0,8	≤0,25	≤0,25	≤0,25	≤0,25	≤0,035
Ст 40	0,37-0,45	0,17-0,37	0,5-0,8	≤0,25	≤0,25	≤0,25	≤0,04	≤0,035

 

Таблиця 1.3 Механічні властивості сталі 35 та сталі 40

Марка сталі	σв	σт	δ5	ψ	ан, кДж/м^2
МПа	%
Ст 35
Ст 40

 

Високий вміст вуглецю передбачає значні труднощі зварювання цих

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

НАЗВА ДОКУМЕНТУ

сталей. До них відноситься низька стійкість металу шва проти кристалізаційних тріщин, можливість утворення мало пластичних загартованих структур та тріщин в околошовній зоні та труднощі у забезпеченні рівноміцності металу шва з основним металом [2].

Для подолання цих труднощів у першу чергу для підвищення стійкості металу шва проти кристалізаційних тріщин намагаються зменшити вміст вуглецю у металі шва. Намагаються також забезпечити шов з великим значенням коефіцієнту форми шва та використовують попередній та супроводжуючий підігрів.

Про зварювання, стосовно його чутливості до загартування, судять за коефіцієнтом еквівалентної концентрації вуглецю C_екв, за яким можна оцінити схильність сталі до утворення холодних тріщин.

Є багато формул для розрахунку C_екв ,які відрізняються коефіцієнтами при значеннях концентрації легуючих елементів. В 1967 р. Міжнародним інститутом зварювання (МІЗ) для розрахунку еквівалентної концентрації вуглецю в низьколегованих сталях рекомендовано формулу:

 

(1.1)

 

Якщо C_екв ≤ 0,40 %, то сталь вважається не схильною до утворення холодних тріщин при зварюванні. За формулою (1.1) визначаємо C_екв для сталі 35 і сталі 40:

Сталь 35:

Сталь 40:

 

В обох випадках C_екв ≥ 0,40 %, тобто Ст 35 та Ст 40 схильні до утворення холодних тріщин.

Пізніше Еренбургом Була запропонована діаграма для визначення температури підігріву низьколегованих сталей залежно від товщини металу та C_екв :

1) ,

 

 

2)

де δ – товщина металу, мм.

При C_екв ≤ 0,25 %, метал не підігрівається, тобто небезпеки утворення

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

НАЗВА ДОКУМЕНТУ

холодних тріщин немає.

Підставивши значення у формулу (1.2), отримаємо:

Сталь 35:

 

Сталь 40:

З розрахунків видно, що обидві сталі схильні до холодних тріщин.

Японськими дослідниками Іто та Бессіо запропоновано параметр Р_ст:

 

(1.3)

 

Холодні тріщини відсутні, якщо Р_ст ≤ 0,25 %.

Сталь 35:

Сталь 40:

Параметр Р_ст ≥ 0,25 %, тому у сталях присутні холодні тріщини.

Широко відома формула розрахунку C_екв з врахуванням концентрації бору, за якою при C_екв ≤ 0,45 % сталь потенційно схильна до холодних тріщин.

, % (1.4)

Розрахуємо C_екв за формулою (1.3):

Сталь 35:

Сталь40:

Як видно з розрахунків, сталь 40 та сталь 35 відносяться до обмежено

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

НАЗВА ДОКУМЕНТУ

зварювальних сталей, вони схильні до загартування та тріщин, потребують при зварюванні підігріву, особливих технологічних прийомів зварювання та термообробки.

Слід мати на увазі, що при розрахунках можна отримати лише орієнтовну оцінку, оскільки на кінетичні параметри процесу перетворення аустеніту та схильність до холодних тріщин впливає дуже багато факторів.

Однак, однією з головних преваг ЕПЗ є висока концентрація енергії і можливість одержання вузької і глибокої зони проплавлення. За рахунок цього, вузька зона термічного впливу зменшує небезпеку неприпустимих змін фізико-механічних властивостей основного металу, хоча не виключає виникнення тріщин у сталях, схильних до їх утворення. Інша важлива перевага ЕПЗ – можливість використання ефективного вакуумного захисту і поліпшення властивостей металу шва в результаті вакуумного переплаву [3].

Мета та завдання проекту.

 

У зв'язку з тим, що зварювання тертям має певні недоліки, то метою даного дипломного проекту є виявлення технології складання та зварювання вилки карданного валу, яка б забезпечила підвищення продуктивності праці, зниження собівартості та підвищення якості ви­робу. Для досягнення цієї мети необхідно вирішити наступні задачі:

- обрати раціональну послідовність збирання та зварювання вилки;

- обрати спосіб зварювання та параметри режиму, які забезпечують якість виробу;

- виконати розрахунок термічного циклу і дослідження структури та властивостей отриманих зварних з'єднань;

- обрати зварювальні матеріали та необхідне основне облад­нання;

- розробити необхідне складально-зварювальне оснащення;

- виконати розрахунок пневмоприводу;

- розробити технологічний проект дільниці;

- виявити потенційно небезпечні та шкідливі фактори на діль­ниці виготовлення вилки та прийняти заходи для їх усунення;

- вказати заходи, що направлені на подолання негативного впливу

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

НАЗВА ДОКУМЕНТУ

зварювання на навколишнє середовище;

- виконати розрахунок економічної ефективності від впровадження

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

НАЗВА ДОКУМЕНТУ

технології з урахуванням запропонованих удосконалень.