Рычаги, шатуны, вилки, пружины и др.

 

Рычаги и вилки, пружины и шатуны применяют в механизмах управления пищевых машин и автоматов. Основное их назначение состоит в перемещении, включении или выключении отдельных механизмов. К рычагам относятся вилки, тяги, серьги, поводки и рукоятки. Все они в процессе эксплуатации испытывают циклические и ударные нагрузки.

Особую группу деталей этого типа представляют шатуны, которые широко применяют в поршневых холодильных компрессорах для передачи усилия с шатунной шейки коленчатого вала на поршень.

Поверхности рычагов, имеющие в процессе работы большой износ, можно подвергать нитроцементации на глубину 0,2...0,4 мм и закалке до HRC 56 или выполнять с бронзовыми накладными пластинами. Материалом для изготовления рычагов служат стали 20, 30 и 35, серый или ковкий чугун, а для рычагов, имеющих большую нагрузку, легированные стали 18ХМНА, 18ХГН4ВА и др.

Для изготовления пружин используют стали, обладающие высоким сопротивлением малым пластическим деформациям и высоким пределом выносливости при достаточных пластичности и сопротивлении хрупкому разрушению; они должны также иметь повышенную релаксационную стойкость. Пружинные стали в основном содержат 0,5...0,6 % С; имеют s_в» 800 МПа.

В промышленности наиболее часто применяют кремнистые стали типа 55С2, 70С3; марганцовистые и хромомарганцовистые стали 65Г, 50ХГА; хромованадиевые стали 50ХФА, 50ХГФА и патентированная холоднотянутая лента и проволока высокоуглеродистых сталей У8, У10, 65, 70 и др.

 

Задача 4.1

 

Вышел из строя шатун компрессора 2УП. В результате исследований установлено, что микроструктура шатуна крупноигольчатый мартенсит с твердостью HRC 40...45.

В отожженном образце, вырезанном из шатуна, микроструктура содержит 50 % феррита и 50 % перлита.

Требуется:

1. Определить марку стали из которой изготовлен бракованный шатун и причину возникновения крупноигольчатого мартенсита.

2. Выполнить п.п. 1...6 задания.

 

Задача 4.2

 

На автомате Д5-В3Е для резки и завертывания дрожжей поломался рычаг механизма простановки даты.

Исследованиями установлено, что микроструктура мелкоигольчатый мартенсит закалки.

Требуется: выполнить п.п. 1...6 задания.

 

Задача 4.3

 

Шатун компрессора АУ-200 изготовлен из стали 40Х. Износ шатуна произошел в верхней неразъемной головке.

Требуется: выполнить п.п. 1...6 задания с учетом конструкции неразъемной головки шатуна.

 

Задача 4.4

 

При работе компрессора установлен сильный нагрев верхней части цилиндра и нагнетательной стороны крышки цилиндров. Установлена поломка пластины нагнетательного клапана.

Исследования показали, что пластина изготовлена из стали 65Г, микроструктура троостит; твердость HRC 44...48.

Пластина сломалась из-за наличия надрезов режущим инструментом при изготовлении, что явилось концентратором напряжения.

Требуется: выполнить п.п. 1...6 задания.

 

Задача 4.5

 

Деталь работает в условиях высоких циклических и динамических нагрузок

Сталь 65Г

В результате поломки вышел из строя рычаг механизма калибрования брикета прессованных дрожжей автоматической линии Д5-8ЛЕ.

Исследованиями установлены закалочные трещины в отверстиях крепления рычага.

Требуется:

Выполнить п.п. 1...6 задания, если известно, что рычаг выполнен из стали 45 со структурой крупноигольчатого мартенсита.

По какому признаку установлено, что трещины закалочного характера?

Задача 4.6

Вилка этикетировочного автомата Б-12 при работе согнулась.

Установлено, что микроструктура вилки феррит с 20 % перлита, твердость НВ 1900 МПа.

Требуется: выполнить п.п. 1...6 задания.

 

Задача 4.7

 

В результате усталостного изнашивания вышел из строя молоток молотковой мельницы МД-300 для размола зерна. Твердость поверхности молотка НВ 2100 МПа.

Требуется: выполнить п.п. 1...6 задания.

Задача 4.8

 

Закручивающая губка узла завертки ирисозаверточной машины ИЗМ-1 износилась. Износ имеет вид смятия насечек.

Установлено, что губка изготовлена из стали 20.

Требуется:

1. Описать структуру изношенной детали и предполагаемую твердость.

2. Выполнить п.п. 1...6 задания.

 

Задача 4.9

 

В результате возникновения больших динамических нагрузок от переменного давления произошло изнашивание фаски тарелки клапана высокого давления.

Клапан изготовлен из стали 40ХНМА. Структура - сорбит.

Требуется:

1. Выявить причину изнашивания тарелки клапана.

2. Привести химический состав стали 40ХНМА; описать влияние легирующих элементов на эксплуатационные характеристики детали; указать характеристики механических свойств стали со структурой сорбит.

3. Выбрать новую марку стали или использовать существующую, назначив соответствующую термическую обработку.

 

Задача 4.10

 

Седло клапана высокого давления изготовлено литым из чугуна СЧ 24. Металлическая основа чугуна - перлит.

Можно ли увеличить срок службы детали термической обработкой? Если это возможно, то описать режим и назначить твердость.

Зарисовать схему микроструктуры чугуна.

Описать кратко все, что Вы знаете о серых чугунах.

 

Задача 4.11

 

Клапанные пружины компрессоров изготавливают из пружинной стали 50ХФА путем холодной навивки отожженной проволоки. Последующая термическая обработка: нормализация при 820...830 ⁰С; затем закалка от 820...840 ⁰С в масло и отпуск при 400...420 ⁰С.

Требуется:

1. Описать микроструктуру после каждого вида термической обработки и механические свойства.

2. Описать назначение каждого вида термической обработки.

3. Расшифровать химический состав стали и описать влияние легирующих элементов на механические свойства.

4. Можно ли применить для изготовления указанной детали следующие марки сталей: 45, 40ХН, 65Г, 60С2, 12Х2Н4ВА? Почему?

Задача 4.12

Самопружинящие пластины полосовых и прямоточных клапанов компрессоров изготавливают из ленты стали У10А.

Требуется:

1. Доказать возможность изготовления самопружинящих элементов из сталей 20, ХВГ, 18ХНВА, 50ХФМА.

2. Описать микроструктуру пружинящих деталей, твердость. Назначить режим термической обработки для стали У10А.

3. Расшифровать приведенные марки сталей по химическому составу.

4. Определить экономическую целесообразность изготовления пластин из выбранной Вами стали.

Задача 4.13

Под действием больших усилий, возникших в процессе эксплуатации, произошла поломка витковой пружины (диаметр проволоки 4,8 мм) кольцевого клапана компрессора.

Пружина изготовлена из углеродистой стали.

Требуется: выполнить п.п. 2…6 задания.

Задача 4.14

Вследствие усталостного разрушения вышел из строя шатун восьмицилиндрового компрессора АУ-400. Известно, что шатун подвержен знакопеременным нагрузкам при 3000 об/мин.

Основным требованием к структуре стали шатуна является наличие сорбита без включений феррита.

Требуется: выполнить п.п. 2…6 задания.

 

Задача 4.15

Вилка переключения скоростей редуктора разрушилась вследствие поломки по отверстию. Исследованиями установлено, что в зоне поломки просматриваются невооруженным глазом трещина со следами цветов побежалости. Твердость в зоне разрушения HRC 40…45.

Микроструктура отожженного образца состоит из феррита и 50…55% перлита.

Требуется:

1. Выяснить причину образования трещины.

2. Выполнить п.п. 2…6 задания.

 

5. Пример выполнения задания

Задача 1

В механическом цехе обрабатывают резанием отливки из стали Г13 с аустенитной структурой. Резцы из быстрорежущих сталей быстро изнашиваются; затупляется режущая кромка.

1. Указатьхимический состав стали Г13, её структуруи механические свойства после литья и после термической обработки.

2. Подробно объяснить, почему эта сталь плохо обрабатываете» резанием.

3. Какие сплавы надо применить для режущих инструментов при обработке стали Г13, указать химический состав и структуру этих сплавов, а также способ изготовления из них токарных резцов.

 

Решение:

I. Химический состав стали Г13:

С = 0,9…I,4 %; Mn = 11...I4 %; Si = 0,2...0,6 %;

S до 0,03%; P до 0,12 %.

Следовательно, главная легирующая примесь в стали - Mn. Известно, что марганец расширяет область g - твердого раствора, понижает критические точки А_С3 и А_С1; и увеличивает устойчивость аустенита.

Структура стали Г13 в литом состоянии состоит из аустенита с карбидами, располагающимися по границам зерен.

Такое распределение карбидов понижает прочность и пластичность (s_в = 1000 МПа, d = 45 %), НВ = 2200...2500 МПа.

Закалка стали Г13, вследствие получения однородной аустенитной структуры, повышает прочность и пластичность (s_в = 1000...1150 МПа и пластичность d = 50...55 %), не увеличивая твердости (НВ = 2200...2500 МПа).

Для растворения карбидов закалка производится с нагревом до 1000° и охлаждением в воде,

2. Сталь Г13, как и все стали с аустенитной структурой, имеет низкий предел текучести и повышенную способность к наклепу - при повышенных давлениях и ударных нагрузках происходит наклеп рабочих поверхностей, возрастает прочность и сопротивление износу.

Все указанное выше ухудшает обрабаты­ваемость резанием стали Г13.

Кроме этого, аустенитная структура, будучи однофазной, имеет пониженную теплопроводность по сравнению с двухфазной (например, пер­литом). Это затрудняет отвод тепла в процессе резания, приводит к концентрации тепла в зоне резания, где развиваются температуры до 1000 °С и ухудшает стойкость режущего инструмента. Быстрорежущая сталь теплостойка до температуры 600...650 °С и непригодна для изготовления резцов для обработки высокомарганцовистой стали. Резцы быстро тупятся.

3. Для обработки резанием сталей Г13 целесообразно применять инструменты из твердых сплавов.

Твердые сплавы состоят из карбидов W или карбидов Ti (или вместе взятых), связанных металлическим кобальтом. Изготовляются металлокерамическим способом (прессование порошков карбидов и спекание).

Твердость составляет HRC 70…74, что значительно превосходит твердость быстрорежущей стали. Высокая твердость обеспечивает их высо­кую износоустойчивость.

При температурах резания 900...1000 °С твердые сплавы сохраняют достаточную твердость и быстро не затупляются.

 

Таблица 13.1