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

После закалки дюралюмин имеет а„ = (24н-26)103 Н/см2, б = 204-30%, НВ 68—80. Эти свойства могут быть улучшены. Так, высокие механические свойства сплавы приобретают в ре­ зультате последующего естественного или искусственного старе­ ния, происходящего при нормальной или повышенной темпера­ туре. Через 5—7 суток естественное старение заканчивается, и наступает период, который длится 2—3 ч. За это время сплав не теряет своей пластичности. При искусственном старении проч­ ность сплава сначала увеличивается, а затем уменьшается. В ре­ зультате искусственного старения дюралюмин приобретает ав = = (38-4-42) 103 Н/см2, ст0, = 30 103 Н/см2, б = 18% и НВ 100—

110.

Сплавы АК-6, АК-8 применяют при нормальной температуре, а АК-1 и АК-4 — при повышенной. Из этих сплавов делают тяжелонагруженные фланцы, корпуса, работающие под давлением.

К литейным сплавам относят сплавы повышенной герметичности, силумины АЛ4, АЛ9, главным легирующим элементом которых яв­ ляется кремний (Si 12—14%), и коррозионностойкие сплавы АЛ 13, АЛ22, содержащие антикоррозионные присадки. В последнее время в связи с увеличением рабочих давлений до (3—4) 103 Н/см2 потребовались более прочные и герметичные сплавы. Для этих

В нагретом состоянии он пластичен, при горячей обработке не дает трещин. В отличие отдюралюмина при тех же механических свойствах имеет б = 13%. Его термообработка заключается в за­ калке до t = 5004-550° С и искусственном старении в течение

6—15 ч при t = 1504-160° С.

Сплав АЛ9 отличается жидкотекучестью, отсутствием склон­ ности к образованию горячих трещин, высокой герметичностью, малыми усадкой и ликвацией. Сплав АЛ9 мало склонен к образо­ ванию в отливке газовых пористостей и поэтому его льют под давлением. Сплав имеет сгв = (264-30)103 Н/см2, 6 = 4% и НВ 70. Этот сплав используют наиболее часто. Температурный интервал его кристаллизации 610—577° С, температура литья 680—750° С, литейная усадка 1,0, объемная 3,8%.

Для АЛ9 применяют следующие виды термической обработки с режимами:

Т1 — старение;

Т2 — отжиг с выдержкой при 300 ± 10° С в течение 2—4 ч и охлаждение вместе с печью (предназначен для деталей, требую­ щих сохранения размеров);

Т4 — закалка с нагревом при 535 ± 5° С в течение 2—6 ч и охлаждение в воде, нагретой до 80—100° С для деталей сложной формы, или в воде комнатной температуры для деталей простой формы (применяется для повышения пластических свойств);

40

Т5 — закалка по режиму Т4 с последующим старением при 150 ± 5° С в течение 2—3 ч и охлаждением на воздухе; предна­ значен для нагруженных деталей (например, корпусов); сплав сваривается газовой и аргонно-дуговой сваркой, удовлетвори­ тельно обрабатывается резанием;

Тб — закалка + полное старение; Т7 — закалка + отпуск.

Титан и его сплавы. Титан отличается малой плотностью и высокой прочностью, коррозионной стойкостью, сравнительно небольшим коэффициентом объемного расширения. Титан устой­ чив против действия большинства кислот и щелочей. Однако он имеет высокий коэффициент трения и низкие антифрикционные Свойства. При азотировании и поверхностном упрочнении другими элементами титан применяют в узлах трения. Механические харак­

производстве гидроприводов (например, при изготовлении колес гидротрансформаторов) применяют сплавы повышенной пластич­ ности (ВТ-5 и др.). Они хорошо свариваются и штампуются. При работе в условиях низких температур рекомендуется использо­ вать сплав АТ-3, который сохраняет высокую пластичность при температуре —50° С и хорошо обрабатывается давлением. Осо­ бенно перспективно применение высокопрочных сплавов ВТ-14, ВТ-15, ВТ-16. Из них изготовляют корпусные детали, работающие

предел относится к высокопрочному сплаву ВТ-16). Упрочняющая термическая обработка сплавов ВТ заключается в закалке и ста­ рении. Например, сплав ВТ-14 закаливается в воде при 880° С й подвергается старению при 500° С в течение 14 ч. Титановые сплавы хорошо льются в металлические формы.

Бронзы обладают высокой коррозионной стойкостью, хорошо обрабатываются резанием. Многие из бронз имеют хорошие ан­ тифрикционные свойства. Почти все бронзы отличаются высокими литейными качествами. По механическим свойствам алюминиевые и бериллиевые бронзы не уступают многим качественным сталям. При производстве гидроприводов в основном применяются анти­ фрикционные бронзы. Эти бронзы должны обеспечивать наимень­ шее изнашивание сопрягаемых деталей, низкий коэффициент тре­ ния, хорошую прирабатываемость, стабильную смазку (наличие пористой структуры), способность выдерживать большие удель­ ные давления, сопротивляемость коррозии, более низкую твер­ дость по сравнению с валом (для подшипников).

Для достижения хорошей смазываемости структура антифрик­ ционного сплава должна быть разнородной и состоять из твердых опорных частиц и мягких частиц, истирающихся при работе.

41

Такая структура обеспечивает циркуляцию масла в местах выра­ ботки и хорошую прирабатываемость сопряженных поверхностей. Случайно попадающие при этом продукты изнашивания (или твер­ дые частицы рабочей жидкости) также вдавливаются в мягкую основу, что предохраняет трущуюся пару от задиров. К деформи­ руемым бронзам относят оловянные Бр.ОФ 6,5-0,25 и алюминиево­ железистые Бр.АЖ 10-4-4 (их можно ковать). Бронза Бр.АЖ 10-4-4 упрочняется при термической обработке: закалке при 900° С в воде и отпуске при 650° С в течение 1,5 ч. В результате этого обес­ печивается ств = 65 • 103 Н/см2, б = 5%, НВ 200—240. Эти бронзы плохо прирабатываются и их не применяют при высоких давле­ ниях и нагрузках. К литейным бронзам относится Бр.ОС 5-25 (ств = 14 -103 Н/см2, б = 6%), обладающая высокой прирабатываемостью. Для ответственных узлов в парах трения применяют чаще всего бронзы Бр. ОСН 10-2-3 и Бр.012. Последняя с точки зрения прирабатываемости и надежности одна из лучших, но она имеет невысокую твердость (НВ 80—100). Состав бронзы Бр.012 [сгв = (24-т-28) 103 Н/см2, б = 8-И5%] не стандартизован, она выпускается по специальному ТУ. Контроль механических свойств в отливках производится на специальных испытательных образ­ цах из каждой партии. После механической обработки не допу­ скается рассредоточение на нерабочих поверхностях раковин любых размеров. Бронза Бр.ОСН 10-2-3 расплавляется под слоем древесного угля, температура заливки в водоохлаждаемый ко­ киль 1100—1200° С. Для этой бронзы обработка давлением не применяется. Она хорошо сваривается диффузионной сваркой, паяется мягкими и некоторыми твердыми припоями, обрабаты­ вается резанием.

Бронза Бр.ОФ 10-1 расплавляется под слоем древесного угля (температура заливки 1100—1150° С). Линейная усадка ее 1,3— 1,4%. Термическая обработка, ковка и прессование этой бронзы не применяются. Она хорошо паяется мягкими и твердыми при­ поями, может свариваться газовой сваркой и электросваркой, удов­ летворительно обрабатывается резанием, хорошо полируется и притирается.

Неметаллические материалы

Эластомеры включают в себя резину всех типов, применяемую в основном для изготовления различных видов уплотнений и про­ кладок. Резине свойственна высокая эластичность, непроницае­ мость для газов и жидкостей, амортизационная способность, стой­ кость к воздействию химических веществ. Резина состоит из основы, в качестве которой используется каучук, и ингредиентов. Резина включает в себя следующие компоненты (из расчета на

100вес. ч. каучука).

1.Каучук (100 вес. ч.). Он определяет специфические свойств

резины. Применяют бутадиен-стирольный (СКС), нитрильный

42

(СКН), хлоропрорезиненный, фтор каучук (СКФ), полисилоксановый (СКТВ), его называют часто селиконовым, этиленпропиленовый (СКЭП) и фторсилоксановый (СКТФ) каучуки.

2.Наполнители (50—100 вес. ч). Различают активные напол­ нители и инертные. Первые (к ним относятся различные углеро­ дистые сажи: ламповая, канальная, газовая) увеличивают проч­ ность материала до 1000—2500 Н/см2 и сопротивление истиранию. Инертные наполнители (мел, каолин) вводят в смесь в основном для уменьшения набухания в рабочей жидкости.

3.Вулканизированные агенты (0,5—3 вес. ч.), например сера, придают смеси большее сопротивление тепловому воздействию.

4.Ускорители вулканизации (1—2 вес. ч.) — альтакс, каптакс, тиурам. Их вводят для сокращения времени вулканизации.

5.Противостарители (1—3 вес. ч.) — фенил, нафтиламин —

замедляют старение резины.

6.Пластификаторы (15—30 вес. ч.) — дибутилфталат — повы­ шают морозостойкость резины. При работе в масле пластифика­ торы частично в нем растворяются и теряют свои свойства.

7.Мягчители (1—3 вес. ч.) — стеарин, масла — облегчают процессы приготовления и формования смеси.

Производство резиновых смесей включает операции пластика­ ции каучука вальцеванием с последующим введением противостарителей, вулканизаторов, наполнителей и мягчителей. Послед­ ним в смесь вводят ускоритель вулканизации. Сырую смесь упа­ ковывают. В таком состоянии она может храниться в темном поме­ щении при отсутствии пыли 12 мес. при температуре не более

30° С.

В табл. 4 представлены данные по резинам некоторых марок. Различают резины мягкие (Яр < 50), средней твердости (Яр 50—75), твердые (Яр 75—88) и очень твердые (Яр > 88). Здесь Яр — твердость резины в единицах СИ. Для уплотнения чаще всего используют твердые резины. При выборе материала для уплотнений необходимо исключить сочетания резины и среды, при которых каучук растворяется в жидкости, так как резины на его основе в этих случаях будут несовместимы со средой. Нейтраль­ ные каучуки СКН-18, СКН-26, СКН-40 по комплексу свойств, определяющих совместимость материалов, наиболее пригодны для работы в среде, содержащей нефтепродукты. Более подробные сведения о свойствах резины изложены в специальной литературе. Кольца круглого сечения для неподвижных соединений низ­ кого давления изготовляют из резины твердостью Я р 65—75, а для высоких давлений — из резины, у которой Я р 75—85. Ре­ зина должна быть термостабильной и морозостойкой, ее набуха­ ние должно находиться в пределах 3—8%. Для любых условий

можно использовать резины, указанные в табл. 4.

Для прокладок, 'кроме свинца, алюминия, меди, мягкой стали и других металлических материалов, применяют неметаллические материалы, допускающие следующие контактные давления PKmln:

43

44

Как правило, фигурные прокладки изготовляют из эластомер­ ных материалов, листовые — из асбеста, бумаги, кожи, пробки, резины, фибры, фторопласта и других материалов.

Бумага кабельная (ГОСТ 645—67) толщиной 0,12 мм и полуватман — наиболее дешевый материал. Для обеспечения герметич­ ности таких соединений шероховатость поверхностей должна быть V 6—V 7.

Пробка — природный материал клеточного строения, не изме­ няет со временем своих свойств, инертна, обладает высоким коэф­ фициентом трения, не пригодна для применения при температуре свыше 70° С. Чаше всего пробку используют в соединении с рези­ новыми материалами.

Асбест — минерал волокнистого строения, способен работать при высоких температурах (260° С и более), идет на изготовление абсестовых уплотняющих прокладок, паронита, набивок, арми­ рованного полотна. Паронит изготовляют вулканизацией из ас­ беста, каучука и наполнителей. Паронитовые прокладки выпу­ скают в виде листов толщиной 0,4—6 мм.

Полотно асбестовое армированное (ГОСТ 2198—66) — проре­ зиненная ткань, изготовленная на основе латунной проволоки и асбестовой ровницы, скрученной в нить с латунной проволокой. Применяется для прокладок толщиной 0,6, 0,7 и 1,1 мм, работаю­ щих при температуре д о + 150° С и давлении до 60 бар.

Фибра — материал, изготовляемый из специальной бумаги, пропитанной концентрированным раствором хлористого цинка. Выпускается в виде листов. По механическим свойствам прибли­ жается к цветным металлам. Основной недостаток — высокая гигроскопичность, поэтому ее пропитывают маслом, парафином, смолами. Листовая фибра выпускается по ГОСТ 14613—69-. Для прокладок применяют фибру марки ФТ, предел прочности которой На растяжение 4000—6000 Н/см2 при 6 = 0,8-т-1 мм.

Выбор материалов для торцовых уплотнений диктуется тре­ бованиями герметичности и долговечности их работы. Эти мате­ риалы должны отличаться высокой коррозионной стойкостью, хорошими и стабильными антифрикционными свойствами, высокой термостойкостью.

В паре с металлическими материалами часто применяют угле­ графитовые материалы, обладающие самосмазываемостью, высокой прирабатываемостью, термической и химической стойкостью, спо­ собностью некоторое время работать без смазки. Углеграфиты изготовляют на основе саж, кокса, графита. Заготовки прессуют в форме из порошка, подвергают термообработке, затем пропиты­ вают смолами или металлами в автоклаве. Углеграфиты имеют твердость по Шору 60—80, они легко обрабатываются на станках. Допускаемые контактные давления Рк = 200 Н/см2.

Для уплотнений используют также материалы на основе кар­ бидов, они разделяются на наплавочные и металлокерамические твердые сплавы (например, стеллитыВ2К, ВЗК), пористые металло­

45

Глава //

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ГИДРОПРИВОДОВ

§11. ПОЛУЧЕНИЕ ЗАГОТОВОК

Впроизводстве гидроприводов заготовку можно получить литьем, обработкой давлением, а также механической обработкой— резкой из прокатанных профилей, главным образом из труб и листов. Способ получения заготовок выбирают с учетом характера производства и определяют объемом выпуска, материала и техни­ ческих требований к детали. При сопоставлении характера про­ изводства показателем совершенства способа получения заготовки является близость ее геометрической формы и размеров к оконча­ тельно обработанной детали.

Способом литья получают заготовки рабочих колес гидромуфт и гидротрансформаторов, корпусных деталей гидромашин и гидро­ аппаратуры. Предпочтение отдают отливке заготовок в кокили. При этом обеспечивается необходимая точность и стабильность размеров. Таким способом преимущественно изготовляют рабочие колеса гидротрансформаторов.

Корпусные детали массой более 50 кг можно отливать в разовые сырые или сухие песчаные формы. Последние рекомендуется вы­ полнять в опоках с применением машинной формовки. Точность отливки при этом соответствует 2-му классу.

При машинной формовке целесообразно в целях повышения точности отливок использовать металлические стержневые ящики, стержни которых изготовляются машинным способом и собираются с помощью кондукторов.

Преимуществами кокильного литья перед литьем в разовые песчаные формы являются более чистая поверхность отливки, меньшие припуски (что в среднем на 15% увеличивает выход годного литья), более высокие механические свойства отливок, лучшие санитарно-гигиенические условия труда и более низкая стоимость (на 15—20%) отливки. Однако при кокильной отливке чугунные детали в тонких местах отбеливаются в результате более быстрого охлаждения металла в форме, что затрудняет по­ следующую механическую обработку. Поэтому перед такой обра­ боткой заготовки отжигают.

Литье по выплавляемым моделям — наиболее перспективный способ получения мелких фасонных деталей типа фланцев, кры­ шек, фитингов. При этом способе заготовка максимально прибли-

47

жена к окончательным размерам детали. Высокая степень чистоты получаемых поверхностей полностью или частично исключает механическую обработку. Высокая точность отливок обуславли­ вается тщательным изготовлением пресс-формы. Отсутствие в форме разъема исключает образование перекосов, заливок и дру­ гих дефектов. В последнее время применяют центробежный или центробежно-вакуумный способ заливки металла, что обеспечивает большую плотность отливки. Точность отливок лежит в преде­ лах 4—5-го класса, шероховатость поверхности V3—V4. В не­ которых случаях шероховатость поверхности можно повысить до V 6, применив замораживание модели.

Для крупносерийного ^производства более экономичен способ литья аналогичных деталей в оболочковые (скорлупчатые) формы (особенно для деталей из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом). По сравнению с литьем в песчаные формы этот способ сокращает количество потребляемой литейной земли приблизи­ тельно в 10 раз, повышает производительность труда в 10— 15 раз и улучшает санитарно-гигиенические условия труда.

Оболочковая форма образуется в результате спекания смеси, состоящей из 90—95% кварцевого песка и 5—10% пульвербакелита (термореактивной смолы на основе фенола и формальдегида), в металлических моделях. Прочные тонкие стенки оболочковых форм имеют толщину 4—6 мм и отличаются высокой точностью размеров. Эффективность процесса обусловлена машинной фор­ мовкой на высокопроизводительных многопозиционных агрегатах, обеспечивающих изготовление до 600 полуформ (размером 250х X 400x50 мм) в час. При этом способе точность отливок соответ­ ствует 4—5-му классам точности с шероховатостью поверхности

V3—V4.

Способы литья под давлением в полупостоянные формы и цен­ тробежное литье при производстве гидропривода применяются пока ограниченно.

Обработка давлением. В единичном и мелкосерийном произ­ водстве (например, крышек гидроцилиндров) применяют свобод­ ную ковку на молотах. Точность размеров заготовки определяет ГОСТ 7829—70. При ковке в подкладных штампах уменьшается трудоемкость и увеличивается точность заготовки. При этом допуск на размер поковок в 1,5—2 раза меньше, чем при свободной ковке. Наиболее распространенным способом обработки давлением в серийном и крупносерийном производстве является метод горя­ чей объемной штамповки, при котором нагретой заготовке при­ дают необходимую форму в специальных штампах, имеющих полости (ручьи), соответствующие конфигурации детали. В этом случае по размерам и форме заготовки значительно приближаются к готовым деталям.

Горячая объемная штамповка — высокопроизводительная операция. Получаемые поковки характеризуются однородным строением по величине зерна, точностью размеров и отсутствием

48

поверхностных дефектов. С помощью такой штамповки можно получать детали сложной формы. Точность штампованных заго­ товок определяет ГОСТ 7505—55.

В качестве технологического оборудования используют гори­ зонтально-ковочные машины (ГКМ), молоты, штамповочные прес­ сы и ковочные вальцы.. Наиболее удобны для штамповки на гори­ зонтально-ковочных машинах детали, имеющие форму ступенча­ тых тел вращения (шатуны гидромашин, фланцевые валы, золот­ ники и т. д.). Производительность штамповки на ГКМ 500— 1000 поковок в час.

Процесс штамповки на молотах состоит из нагрева заготовки, штамповки, обрезки заусениц (облоя), термической обработки для снятия напряжений, очистки от окалины. Детали сложной формы штампуют в простых штампах методом последовательной штамповки. В последнее время стали распространяться закрытые молотовые штампы, обеспечивающие получение заготовок без облоя. Закрытый штамп не позволяет металлу растекаться по плоскости нижней половины штампа, поэтому объем заготовки равен объему поковки. Производительность штамповки на моло­ тах двойного действия 300—6000 кг/ч (для молотов с массой па­ дающих частей соответственно 1—20 т).

При использовании быстроходных механических прессов по­ вышается точность поковок, уменьшаются припуски на механи­ ческую обработку, а также масса и расход металла.

На тихоходных гидравлических прессах штампуют только заготовки из легких и малопластичных сплавов, требующих малых скоростей деформирования. На прессах производится штамповка в открытых и закрытых штампах, осаживание, выдавливание, прошивка. Производительность фрикционных и кривошипных механических прессов в 2—3 раза превышает производительность молотов. При этом улучшаются условия труда (отсутствуют ха­ рактерные для работы молотов шум и сотрясения).

При разработке технологического процесса горячей штамповки уточняют серийность, конфигурацию детали, материал поковки, выбирают оборудование, разрабатывают чертеж поковки с учетом допусков на штамповку и припусков на механическую обработку, уточняют параметры выбранного типа оборудования и затем проек­ тируют штамп.

нагреве в электропечах Gyr = (0,005н-0,015) GnK.

При штамповке на молотах масса падающих частей

G = aF,