книги из ГПНТБ / Кабаков, М. Г. Технология производства гидроприводов учеб. пособие

Vfffv)

Рис. 66. Вал аксиально-поршневой гидромашины

рических гнезд для установки шатунов и одно для установки цен­ трирующего шипа. Вал работает на кручение, изгиб и восприни­ мает внецентренные осевые нагрузки.

Биение посадочного диаметра 0 25Я, шейки 0 35Zo;os, диа­

метра окружности расположения сферических гнезд ( 0 47,25io,’o5), расточки центральной сферы 0 19,ЗЛ4 относительно поверхности А — не более 0,02 мм. Биение торца Б относительно поверхности А не более 0,01 мм. Биение поверхностей расточек внешних гнезд 0 19,3 Л4 относительно поверхностей соответствующих сфер не более 0,04 мм. Шероховатость поверхности шеек V8, поверхности сфер V10, остальное V6. Основные посадочные размеры не ниже 2-го класса точности.

Заготовка штампуется на пневматическом молоте с одновремен­ ной высадкой фланца. После штамповки заготовку отжигают для снятия внутренних напряжений. Выше показан план операций механической обработки. При значительных объемах выпуска вместо станка 16К20 следует применять токарные полуавтоматы с гидрокопировальными устройствами. Если в конструкции вала предусмотрены шлицы, то их фрезерование производится конце­ выми фрезами на вертикально-фрезерном станке. При крупносе­ рийном производстве шлицы нарезают червячными фрезами на зубофрезерном станке методом обкатки. В шлицевых соединениях повышенной точности шлицы шлифуют на специальных шлицешли­ фовальных станках.

§ 27. ПРУЖИНЫ

Для гидроприводов применяют в'основном витые цилиндриче­ ские пружины сжатия, воспринимающие продольно-осевую сжи­ мающую нагрузку.

Пружины сжатия изготовляют с поджатыми на концах витками и шлифованными торцовыми установочными поверхностями. Для

140

ответственных пружин неперпендикулярпость продольной оси к опорной плоскости не более 0,1 на 100 мм длины. Ввиду того что рассматриваемые пружины часто подвергаются значительным дина­ мическим воздействиям, к материалам для пружин предъявляют высокие технические требования. Так, после термообработки про­ волока должна обладать наряду с устойчивыми упругими свойст­ вами значительной прочностью и выносливостью, а также достаточ­ ной пластичностью и сопротивлением ударным нагрузкам. На по­ верхности витков не допускаются мелкие трещины, надрезы и дру­ гие микродефекты.

При выборе материала пружинной стали учитывают прокаливаемость, возможность поверхностного упрочнения и экономич­ ность процесса изготовления.

Широкое распространение для пружин с диаметром прутка до 8 мм получила углеродистая холоднотянутая проволока по ГОСТ 9389—60, подвергаемая на заводе-изготовителе специальной термической обработке (патентированию) и последующему воло­ чению. Патентированная углеродистая проволока отличается вы­ сокой прочностью, пластичностью, возможностью дополнитель­ ного поверхностного упрочнения. Ее высокие механические свой­ ства связаны с фазовым превращением переохлажденного аусте­ нита при патентировании с образованием сорбитной микрострук­ туры, а также наклепом высокой степени в результате пластической деформации при волочении (деформационным наклепом) [5]. Все эти свойства обеспечиваются в состоянии поставки. На заводеизготовителе производится лишь низкотемпературный (200— 300° С) отпуск готовой пружины, снимающий напряжения и спо­ собствующий стабилизации тонкой структуры, полученной в ре­ зультате фазового и деформационного наклепа. Механические свойства патеитированной проволоки приведены в ГОСТ 9389—60.

Для особо ответственных пружин, применяющихся в автоматах постоянной мощности, предохранительных клапанах периодиче­ ского действия, подвергающихся импульсным нагрузкам, целесооб­ разно применять специальные легированные стали с тщательным контролем состава, режимов навивки, термообработки и последую­ щей упрочняющей обработки. Технологическая характеристика

имеханические свойства некоторых наиболее распространенных пружинных сталей приведены в табл. 25.

Всоответствии с требованиями ГОСТ 1769—53 проволоку диа­ метром от 3 до 12 мм можно заказывать в шлифованном состоянии. Шлифование и полирование прутков обеспечивают высокое каче­ ство покрытия и повышают предел усталости. Шлифуют и поли­ руют прутковую пружинную сталь на бесцентрово-шлифовальных

иленточных шлифовально-полировальных станках. Технологический процесс изготовления пружин включает сле­

дующие этапы:

1)контроль качества и подготовку проволоки к навивке;

2)навивку;

141

3)обработку опорных витков;

4)термическую обработку;

5)очистку;

6)осадку и заневоливание;

7)нанесение защитных покрытий;

8)упрочнение;

9)контроль и испытания.

В зависимости от назначения, степени ответственности и усло­ вий нагружения содержание и количество этапов технологического процесса могут изменяться.

Качество каждой вновь поступающей партии проволоки подвер­ гают контролю, во время которого определяют механические хг.'

142

рактеристики стали методом испытания на растяжение. При этом определяют временное сопротивление ств, предел текучести ат, относительное удлинение 8, относительное сужение тр. Для про­ волоки диаметром менее 2 мм проводят технологические испытания на кручение, перегиб, разрыв с узлом и навивание. В соответствии с ГОСТ 2052—53 испытания на разрыв производят на разрывных

машинах на образцах с расчетной длиной I = 11,3 l/A , где F — сечение проволоки. Прутки из стали 50ХФА испытывают на образ­ цах пятикратной длины. Точность измерения усилия — 2Н, диа­ метра — 0,005 мм. Технологические испытания на кручение, пере­ гиб, разрыв с узлом и навивание позволяют судить о пластических свойствах металла и степени его неоднородности. Эти испытания выявляют и макродефекты проволоки. Испытания на скручивание производят по ГОСТ 1545—63. Образец должен выдержать опре­ деленное число скручиваний в условиях, оговоренных стандартом. Глубина обезуглероженного слоя определяется металлографиче­ ским анализом и регламентируется ГОСТ 1763—68. Увеличение глубины обезуглероженного слоя отрицательно сказывается на выносливости пружины. Для особо ответственных пружин произ­ водят контроль на отсутствие поверхностных дефектов методом магнитной дефектоскопи и.

Подготовка проволоки к навивке заключается в правке прут­ ков на специальных правильных устройствах пружинно-навивоч- ных автоматов или в пропускании ее через полый цилиндр, зажа­ тый во вращающемся патроне токарного станка. Затем проволоку нарезают на заготовки пуансонными ножницами (диаметром до 12 мм) или на рихтовально-отрезном станке.

Навивка пружины может быть холодная или горячая. Суще­ ствуют два способа холодной навивки: безоправочная (с помощью роликов и специальных завивателей) и на оправку. Большинство конструкций пружинно-навивочных автоматов работает по пер­ вому принципу, при котором пружины формируют по наружному диаметру между специальными формовочными вальцами, имею­ щими направляющие прорези в соответствии с диаметром навивае­ мой проволоки [51. Автоматы обеспечивают непрерывный процесс навивки. Пружины разрубают во время навивки при подаче ножазубила. Шаг пружины и диаметр устанавливают при наладке авто­ мата путем радиального и осевого смещений формовочных пальцев. К таким автоматам относятся станки А520 (диаметр проволоки до 1,6 мм/наружный диаметр пружины 25 мм), А521 (2,5/40 мм),

А522А (4/60 мм), А523 (6,3/80 мм).' ■

Широко применяются также автоматы, работающие по прин­ ципу навивки на оправку. К их числу относятся модели А561 (6,1/25 мм), А562 (3/50 мм), А563 (6,3/75 мм). Все операции, свя­ занные с формообразованием, в том числе с поджатием концевых витков и обрезкой готовой пружины, автоматизированы. При небольших сериях пружины навивают с помощью спецоправок или приспособлений на токарном или фрезерном станке. Оправку

143

закрепляют одним концом в патроне токарного станка, а другим — в центре задней бабки. Необходимый шаг устанавливают механиз­ мом продольной подачи станка.

Диаметр оправки

D o = D BU/ K ,

где DBH— внутренний диаметр пружины;

К— коэффициент учета механических характеристик мате­ риала.

По В. П. Остроумову [5] коэффициент К имеет следующие значения:

При горячей навивке пруток, нагретый до 800—1000° С, про­ пускают через направляющее приспособление продольного суп­ порта токарного станка и закрепляют одним концом на оправке, устанавливаемой в патроне шпинделя с опорой в центре задней бабки. Заданный шаг обеспечивается ходовым винтом и соответ­ ствующей настройкой гитары. Наиболее удобны для горячей на­ вивки специально приспособленные токарные станки, которые имеют съемное устройство, обеспечивающее быстрый зажим конца заготовки при навивке и освобождение его после навивки, равно­ мерный шаг всех витков и поджатие опорных витков, свободный съем готовой пружины с оправки.

Обработку торцовой поверхности пружины производят на за­ точных или плоскошлифовальных станках. Пружины устанавли­ вают на горизонтальном столе станка в кассетах и обрабатывают торцом круга при вращении стола. Затем кассету переворачивают, и обрабатывают противоположную плоскость пружины. Пружины, изготовленные холодной навивкой из патентированной проволоки, подвергают только низкому отпуску с температурой нагрева 200— 350° С. Более низкая температура отпуска рекомендуется для пру­ жин с малой амплитудой цикла, при большой амплитуде колеба­ ний (коэффициент асимметрии цикла г = 0 или г — —1) назна­ чают более высокий температурный режим отпуска, обеспечиваю­ щий высокую пластичность.

Пружины из углеродистых и легированных сталей, навиваемые в холодном и горячем состоянии, подвергают закалке и отпуску. Режим нагрева должен обеспечить полный и равномерный прогрев пружины во избежание неполной закалки. Пружины перед нагре­ вом помещают в специальные приспособления, препятствующие короблению, деформации крайних витков и т. д. Состав ванн для нагрева пружин под закалку приведен в табл. 26. Режимы термо­ обработки пружинной стали некоторых марок и достигаемые при этом механические свойства приведены в табл. 27. Для придания

144

Таблица 27

Механические свойства термически обработанной пружинной стали, закаленной в масле

Термическая

обработка (ориентировочно)

пружинам определенного запаса пластичности применяют произ­ водимый после закалки среднетемпературный отпуск (350—550° С). Время выдержки при закалке и отпуске указаны в табл. 28.

После термообработки пружины очищают на гидропескоструй­ ном аппарате, в котором, как правило, ванны с моющим и пасси­ вирующим (во избежание коррозии) составом и сушильной камерой

при длительной эксплуатации. Пружины сжатия подвергают 3—5- кратному нагружению до соприкосновения витков. В результате осадки металл упрочняется, что препятствует развитию пластиче­ ских деформаций в процессе эксплуатации. Осадку производят в специальных приспособлениях под прессом. На рис. 67 показана схема полуавтомата для обжатия пружин. Шток цилиндра, сблоки­ рованный с магистральным золотником 2, перемещается под дей-

Рис. 67. Схема полуавтомата для обжатия пружин:

1 — управляющий электромагнитный клапан; 2 — магистральный зо­ лотник; 3 — механизм реверса

146

ствием сжатого воздуха, поступающего из сети, и сжимает пру­ жину. Одновременно при заданном положении управляющего электромагнитного клапана 1 перемещается шток-рейка механизма реверса 3, в конце хода которой срабатывает конечный выключа­ тель. При этом включается управляющий клапан, и цикл повто­ ряется.

■Пружины реверсивных золотников и предохранительных кла­ панов периодического действия рекомендуется заневоливать. Заневоливание заключается в сжатии пружины до соприкоснове­ ния витков и выдержке в этом положении в течение 24—48 ч. При этом в наиболее напряженных участках пружины создаются оста­ точные напряжения противоположного знака по отношению к на­ пряжениям от внешней нагрузки.

Заневоливают пружины в простейших фиксирующих приспо­ соблениях.

В качестве покрытий, защищающих пружины от коррозии, широко применяется цинкование. Однако для пружин гидравли­ ческого оборудования, работающих в масляной среде, наиболее целесообразно оксидирование, производимое в щелочных или кис­ лых растворах. При оксидировании на поверхности образуется защитная оксидная пленка, состоящая из магнитной окиси же­ леза Fe30 4, толщиной 6—8 мкм.

Упрочнение производят с целью повышения несущей способ­ ности пружин и постоянства их упругих свойств во времени. Как указывалось, одним из методов упрочнения является заневолива­ ние, так как возникшие при этом напряжения позволяют повысить рабочую нагрузку при эксплуатации.

Наиболее распространенным методом упрочнения является дробеструйный наклеп, при котором пружины после окончатель­ ной обработки подвергают ударному воздействию потока стальной или чугунной дроби. Операция производится в специальных дробеметных установках типа ДУ-ПТ (рис. 68). Скорость дроби обычно назначают в пределах 50—80 м/с. Расстояние от сопла дробемета до обрабатываемых деталей 300—500 мм. При работе на установках типа ДУ-ПТ оптимальное время обдувки 20—25 мин.

Перспективным является комбинированное упрочнение путем сочетания заневоливания и дробеструйной обработки (рис. 69).

После изготовления пружины подвергаются контрольным испы­ таниям. Вид и объем контрольных испытаний пружин указываются в технических условиях. Как правило, они состоят из наружного осмотра на отсутствие макродефектов, контроля размеров и откло­ нений по геометрической форме и испытания под нагрузкой (тари­ ровки). В некоторых случаях применяют испытание пружин дли­ тельной нагрузкой (заневоливанием) и динамические испытания пружин.

При контроле размеров и отклонений по геометрической форме проверяют свободную высоту, наружный и внутренний диаметры, число витков, равномерность шага и перпендикулярность опорной

плоскости к геометрической оси пружины. Свободную высоту замеряют с помощью специальной линейки с угольником или штан­ генциркулем. Наружный и внутренний диаметры проверяют кон­ трольными гильзой и стержнем. По количеству витков допускается отклонение от номинального числа до 0,25 витка.

При испытании пружин под нагрузкой проверяют соответствую­ щее этой нагрузке перемещение. Испытания проводят на специаль­ ных устройствах, состоящих из пресса и циферблатных весов, регистрирующих изменение нагрузки.

§28. УПЛОТНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

Вгндрооборудовании наиболее распространены резиновые уплотнения. Их применяют для герметизации узлов, совершающих возвратно-поступательное или вращательное движение, а также для неподвижных соединений.

Технические требования к уплотнениям:

1)уплотнения неподвижных соединений должны обеспечивать герметичность в течение четырех лет при следующих условиях:

максимальном рабочем давлении до 25-10° Н/м2, температуре рабочей среды от —25 до +80° С, температуре хранения и транс­ портирования в нерабочем состоянии от —60 до +50° С;

2) уплотнения подвижных соединений при тех же условиях должны обеспечить герметичность в течение 4000 ч;

148

3) манжетные армированные уплотнения вращающихся соеди нений должны обеспечивать герметичность в течение не менее 4000 ч при длительном рабочем давлении 6-104 Н/м'2, температур­ ном диапазоне по п. 1 и при окружных скоростях от 6,5 до 11 м/с.

Уплотнения, применяемые в конструкциях гидроагрегатов, под­ разделяются на:

1) уплотнения неподвижных соединений металлическими, ре­ зинометаллическими и резиновыми кольцами круглого сечения;

2)уплотнения вращающихся валов резиновыми армирован­ ными манжетами;

3)уплотнения соединений, осуществляющих возвратно-по­ ступательное движение, манжетами U-образного сечения.

Металлические кольца изготовляют из отожженной меди. После нескольких разборок необходима повторная технологиче­ ская обработка кольца для последующего использования или за­ мены его новым. Резинометаллическое кольцо представляет собой кольцо из кадмнрованной стали, на внутренней кромке которого для достижения уплотнительного эффекта с помощью вулканиза­ ции сделано утолщение трапециевидного сечения из резины. Принцип действия кольца основан на уплотняющем эффекте утол­ щения резины при деформации. Кольцо деформируется, пока не возникнет контакт между металлическими поверхностями. При правильной установке возможно неоднократное использование кольца.

Для всех видов резиновых уплотнений используют маслостой­

кую резину.

Уплотнения шевронные резинотканевые изготовляют из хлоп­ чатобумажной ткани доместик (ГОСТ 1104—69), прорезиненной графитной резиновой смесью с двух сторон. Прочность связи между отдельными слоями ткани изделия должна быть не менее 10 Н на 1 см ширины образца.

Поверхность уплотнений должна быть гладкой, без заусенцев, раковин, трещин, пузырей и посторонних включений. Облой по плоскости разъема пресс-форм должен быть удален без поврежде­ ния поверхности уплотнения. Размеры допускаемых углублений и возвышений, недопрессовок, следов от обрезки и допускаемой разностенности должны быть в пределах, оговоренных соответству­ ющими ГОСТами. Для колец круглого сечения выступы облоя не должны превышать 0,1 мм на сторону. Утолщение колец в плоско­ сти, перпендикулярной разъему пресс-формы, не должно быть более 0,15 мм сверх допуска на сечение кольца.

Для других уплотнений на нерабочих поверхностях изделий допускаются: углубления и возвышения по высоте не более 0,5 мм (=^3 шт.) для U-образных манжет и 1,0 мм (=^3 шт.) для армирован­ ных и шевронных, следы недопрессовки площадью не более 0,25 см2 для армированных и 0,5 см2 для шевронных манжет, следы от об­ резки выпрессовок и разностениость — в пределах допусков на размер.

149