Описание условия работы, выбора материала и технологии упрочняющей обработки распределительного вала легкового автомобиля

   Ввиду большой длины и несимметричного расположения кулачков распределительные валы очень склонны к искривлению при закалке. Поэтому перед закалкой их правят, а при закалке принимают все меры ограничения деформации, включая недопустимость неоправданного перегрева, тщательный контроль симметричности расположения элементов вала в индукторах и спрейерах, фиксацию вала при закалке с помощью люнетов и других поддерживающих приспособлений. Тем не менее, валы после закалки в ряде случаев приходится подвергать правке прогибом за счет деформации незакаленных промежутков между кулачками и шейками.

   В высокопроизводительных установках используют одновременную закалку нескольких (иногда всех) упрочняемых элементов вала. Так в установках Горьковского автозавода все упрочняемые элементы вала (кулачки, эксцентрик, шестерня н четыре опорных шейки) нагреваются одновременно в индукторе соленоидного типа, затем вал в течение 4 с переносят в охлаждающее устройство спрейерного типа с поддерживающими вращающимися роликами (люнетами) для уменьшения коробления вала. Твердость всех упрочняемых элементов вала, изготовленного из стали марки 40, составляет HRC 55-63.

   ВНИИТВЧ им В. П. Вологдина разработана и внедрена на ряде автомобильных заводов новая технология закалки распределительных валов в разъемных фасонных бесконтактных индукторах с магнитной связью между их половинками Электрическая схема неподвижной части одного индуктора приведена на рис. 4. Подвижная часть (полуиндуктор) имеет аналогичную конструкцию, но с короткозамкнутой обмоткой. Магнитопроводы служат для улучшения магнитной связи между подвижной и неподвижной половинками индуктора. Форма индуктора повторяет очертания кулачков и шеек при оптимальном равномерном зазоре, что обеспечивает равномерный нагрев всей закаливаемой поверхности. После окончания нагрева подается закалочная жидкость через щелевые спрейеры, расположенные по середине индуктирующих проводов. Закалочная установка представляет собой автоматическую линию с несколькими последовательно расположенными блоками, в каждом из которых одновременно закаливается определенная группа элементов вала (шеек, кулачков и т. п.).

   Так как самоотпуск распределительных валов легкого автомобиля не возможен (из-за не больших размеров), то  после закалки распредвалы подвергают низкому отпуску, который снижает внутренние напряжения и уменьшает хрупкость закаленного слоя. Отпуск проводят при температуре 180-200 °С в течении 1-2 часов в шахтных печах.

Рис. 4. Электрическая  схема неподвижной части индуктора  с магнитной связью между его половинками:

1 – индуктирующие  провода: 2 – магнитопровод.

 

 

 

6. Оборудование для термической обработки

 

   Для ТВЧ закалки наружной (внутренней) поверхностей валов, шестерен, осей, зубчатых колес, втулок, звездочек и многих других деталей разработаны закалочные комплексы различных модификаций.

Автоматизированный закалочный комплекс состоит из ТВЧ установки  индукционного нагрева с набором  индукторов и закалочного станка (системы механического крепления  детали, ее вращения вокруг оси, перемещения  индуктора вдоль детали, насосы подачи и откачки закалочной жидкости, электромагнитные клапаны переключения закалочной жидкости вода/эмульсия).

    Технические характеристики индукционных установок определены рабочей мощностью и рабочей частотой. Предлагаемые варианты  максимальной рабочей мощности: 40, 60, 80, 100, 120, 160, 210 и 300 кВт. Диапазоны рабочих частот: 7-20 кГц, 10-50 кГц и 20-70 кГц.

Технические характеристики автоматизированных закалочных станков  определены габаритными размерами  заготовок по высоте (500, 1000, 1500, 2000, 2500 мм), по диаметру (10-500 мм) и массе (до 500кг, до 1000кг, до 2000 кг). Закалочные комплексы высотой более 1500 мм имеют электронно-механическую систему зажима заготовки с определенным усилием.

    ТВЧ закалка деталей возможна как в ручном режиме (каждый механизм включается оператором индивидуально), так и в автоматическом режиме (не требует вмешательства оператора). В качестве закалочной среды используется вода или химический состав полимера, который обладает охлаждающей способностью масла.

В автоматизированном закалочном комплексе имеется возможность  перемещения индуктора по высоте заготовки и вращения заготовки  с различными скоростями, регулировки  выходного тока на индукторе, что  позволяет выбрать необходимый  режим закалочного процесса и получить равномерно распределенную по поверхности и глубине проникновения твердость заготовки.

   Закалочная установка, ее состав:

       - высокочастотный  генератор;

      - блок  нагревательного контура;

      - набор  индукторов под разные диаметры валов;

      - устройство  линейного перемещения контура;

      - устройство  вращения детали;

      - спрейер  для охлаждения детали;

      - оборотная  система водяного охлаждения;

      - панель  управления ТВЧ станка.

   Установки для закалки валов ЛЕГКОГО ТИПА со следующими техническими характеристиками:

   - мощность от 100 до 350 кВт;

    - длина вала, 50 - 5000 мм;

    - диаметр заготовки  10 - 600 мм;

    - глубина закалённого  слоя от 1,6 мм;

    - вес обрабатываемой  детали 5 - 800 кг.

Технические параметры установки GCK1050 приведены в таблице 1.

Параметры	GCK1050
Макс. длина вала, мм	500
Макс. ход движка, мм	600
Макс. Диаметр заготовки, мм	300
Макс. вес обрабатываемой детали, кг	50
Скорость движения обрабатываемой детали, мм/с 1	30
Скорость спуска обрабатываемой детали, мм/с	120
Скорость вращения главного вала, обор./мин	1-200
Мощность эл. двигателя станка, кВт	1,5
Вес станка , кг	900
Габариты,мм	1100x900x2000

 

Рис. 5. Установка GCK1050

 

    Для отпуска  применяют  электропечь сопротивления шахтная СШЗ-10.10/7 предназначена для термообработки стальных изделий в защитной невзрывоопасной атмосфере, состав которой определяет потребитель.

   Электропечь может найти применение для различных видов термообработки, обеспечиваемых параметрами электропечи.

Условные обозначения СШЗ-10.10/7:

С - нагрев сопротивлением;

Ш - шахтная;

З - среда в рабочем  пространстве - защитная (эндогаз);

10 - диаметр рабочего  пространства, дм;

10 - высота рабочего  пространства, дм;

7 - номинальная температура, сотни град С;

УХЛ4 - климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ

Условия эксплуатации

Высота над уровнем  моря не более 1000 м.

Температура окружающего  воздуха от 1 до 35С.

   Рабочая температура при эксплуатации шкафов управления от 5 до 30С. Относительная влажность воздуха до 80проц. при температуре 30С и более     низких температурах без конденсации влаги.

    Окружающая среда должна быть невзрывоопасной с допустимым содержанием токоведущих и агрессивных газов, паров и пыли в концентрациях, не превышающих значений, указанных в ГОСТ 12.1.005-88.

 Окружающая среда,  в которой эксплуатируются шкафы  управления, должна иметь, включая  вышеизложенные требования, следующее  содержание коррозионно-активных  агентов: 

- сернистый газ - не более 50 мг/м2, сут;

- хлориды - не более 0,15 мг/м2, сут.

   При несоответствии окружающей среды вышеуказанным требованиям шкафы управления должны быть установлены в отдельном помещении с приточной вентиляцией.

   Фундаменты должны исключать передачу резких толчков и вибраций на электропечь и шкаф управления, при этом вибрация должна быть с частотой не более 15 Гц и ускорением до 4,9 м/с2.

   Электропечь и шкаф управления должны сохранять параметры в пределах установленных норм в части воздействия механических факторов внешней среды на электропечь - по группе условий эксплуатации М1 по ГОСТ 17516.1 - 90.

 Степень защиты  по ГОСТ 14254 - 80: электропечи - IР20; шкафа управления - IР31.

 Температура на  поверхности кожуха не должна  превышать 70С. 

 Электропечь по  способу защиты человека от поражения электрическим током относится к классу 1 по ГОСТ 12.2.007.0 - 75.

 Количество тепла,  выделяемое в цеховое пространство  работающей электропечью при  номинальной температуре, составляет 19 кВт. 

 Количество тепла,  выделяемое открытым проемом шахты при перезагрузке, составляет для электропечи 16 кВт в течение 10 мин.

 Электропечь соответствует  требованиям экологической защиты.

Технические характеристики

 Установленная мощность  электропечи, кВт, не более  - 121,1

 В том числе: нагревателей - 120

 электродвигателя  перемещения крышки - 1,1

 Номинальная температура  в рабочем пространстве, С - 700

 Число электрических  зон - 2

 Номинальное напряжение, В: силовых цепей - 380

 цепей управления - 220

 Частота тока, Гц - 50

 Число фаз - 3

 Удельная мощность, кВт/кг, не более - 0,39

 Размеры рабочего  пространства, мм: диаметр - 1000 высота - 1000

 Среда в рабочем  пространстве - эндогаз азот 

 Расход защитного  газа, нм3/ч, не более - 10

 Масса садки, кг, не менее - 1000

 Мощность холостого хода, кВт, не более - 23

 Удельная масса  электропечи, т/кг, не более (без  шкафов управления) - 0,005

 Полный средний  ресурс нагревателей, ч, не менее  - 1740

 Полный установленный  ресурс нагревателей, ч, не менее  - 11600

 Габаритные размеры электропечи, мм - 1940x3000x3306

 Масса электропечи  без шкафов управления, кг, не  более – 4828

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Список использованной литературы

 

1. Головин Г.Ф., Зимин Н.В. Технология термической обработки металлов с применением индукционного нагрева. Л.: Машиностроение 1979. 120 с.
2. Демичев А. Д. Поверхностная закалка индукционным способом. Л.: Машиностроение 1979. 80 с.
3. Исхаков С. С. — В кн.: Термическая обработка в машиностроении: Справочник. М . Машиностроение, 1980, с 563--585.
4. О.А. Башнин, Б. К. Ушаков, А. Г. Секей: Технология термической обработки стали. Моска «Металлургия» 1986.
5. http://ru.wikipedia.org/wiki/Распределительный_вал