Технологический процесс восстановления лапы чизельного культиватора КЧН-5,4 (технологический раздел дипломного проекта)

3.ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОБОРОТНОЙ ЛАПЫ КЧН-5,4


Раздел 3 выполнен в соответствии с методическими рекомендациями[12,13]. В разделе получили освещение исходные данные для разработки технологического процесса, обоснование и учет форм организации производства, определение с позиций комплексного подхода способа восстановления детали, оформление ремонтного чертежа и технологической документации.


3.1.Подбор исходных данных


Технические требования на восстановление оборотной лапы представлены на рабочем чертеже.


3.2.Уточнение исходных данных



При восстановлении оборотной лапы не допустимы нарушения размеров крепежных отверстий, а так же межосевых расстояний между ними.
Целью данного дипломного проекта является не только восстановление размеров оборотной лапы, но и повышение ее ресурса. Следовательно, материал наплавленной рабочей части оборотной лапы должен противостоять абразивному изнашиванию. Необходимо для поставленной задачи обеспечить твердость не ниже 53НRСэ, микро твердость карбидов более 10ГПа, относите-льная износостойкость 2,5.


3.3.Обоснование формы организации технологического процесса


Обоснованию подлежит тип производства по восстановлению или ремонту детали. Известно, что в системе АПК страны разработана генеральная схема развития производства по восстановлению деталей. В ее основу положено четыре основных типа производств[5].
Производство первого типа--это специализированные предприятия, оснащенные поточно-механизированными линиями и высокопроиз-водительным технологическим специальным оборудованием. Здесь восстанавливают детали узкой номенклатуры, определяющие ресурс машин.
Производство второго типа- это цехи по восстановлению деталей /ЦВИД/ в составе ремонтных заводов по ремонту машин. Специализация ЦВИДов зависит от профиля ремонтных предприятий, где они создаются. Оснащаются ЦВИДы в основном специализированным технологическим оборудованием.
Производство третьего типа- это отделения и участки в составе ремонтных предприятий. Восстановление деталей осуществляется в основном для обеспечения ремонта техники на данном предприятии. Оснащаются эти производства универсальным технологическим оборудованием.
Производство четвертого типа- это участки и посты восстановления деталей в ремонтных мастерских РАПТ и хозяйств. Здесь восстанавливают в основном детали, не требующие точной механической обработки.
Для восстановления оборотной лапы следует применять высокопроизводительное технологическое специальное оборудование нет необходимости .Следовательно, восстановлению оборотных лап свойственно производство четвертого или третьего типов.


3.4.Определение применимости способа восстановления оборотной лапы


Рациональный способ восстановления деталей определяют, пользуясь критериями [6]: технологическим; техническим; технико-экономическим.
1.Технологический критерий характеризует принципиальную возможность применения нескольких способов восстановления деталей исходя из конструктивно-технологических особенностей детали или определенных групп деталей.
Этот критерий не оценивается количественно и относится к категории качественных. Поэтому его применяют интуитивно с учетом накопленного опыта.
Для оборотной лапы наиболее приемлемы три способа восстановления: способ дополнительной ремонтной детали, ручная электродуговая наплавка, наплавка намораживанием.
Сущность способа дополнительной ремонтной детали заключается в том, что соответственно изношенным размерам и форме к основе оборотной лапы приваривается ремонтная деталь. Преимущество этого способа: простота в применении. Не требуется сложного оборудования, возможность получения высокого показателя износостойкости рабочих поверхностей и прочного соединения между основой и восстановленной частью детали. Недостатки способа: низкая производительность и высокая трудоемкость.
Вторым способом является ручная электродуговая наплавка. При этом способе характерны: низкая производительность, высокие энергетические затраты, низкое качество наплавляемого металла. Не требуется сложное оборудования, возможность применять в условиях ремонтных мастерских хозяйств.
Третьим способом является наплавка намораживанием погружением в расплав. Металлопокрытие полученное данным способом плотное, без раковин, имеет монолитное соединение с основным металлом. Наплавленный слой сплава обладает высокими физико-механическими свойствами. При использовании данного способа можно получить износостойкий слой необходимой толщины. Технология может быть использована в ремонтных мастерских РАПТ и других ремонтных предприятиях.
2.Технический критерий оценивает каждый способ устранения дефектов детали с точки зрения восстановления свойств поверхностей, то есть обеспечение работоспособности за счет достаточной твердости, износе-стойкости и сцепляемости покрытия восстанавливаемой детали.
Оценивается коэффициентом долговечности, под которым понимается отношение срока службы восстанавливаемой детали к сроку службы новой [6]
Кд=Тв/Тн=Кi*Кв*Ке*Кп, (3.1)
где Тв, Тн-срок службы восстановленной и новой детали соответственно;
Кi,Кв,Ке-соответственно коэффициенты износостойкости, выносливости
и сцепляемости покрытий /для восстановления оборотной лапы принима-
ем Кв=Ке=1;
Кп-поправочный коэффициент, учитывающий фактическую работоспо-
собность восстановленной детали в условиях эксплуатации ,Кп=0,8...0,9.
По физическому смыслу коэффициент долговечности пропорционален сроку службы деталей в эксплуатации и, следовательно, рациональным по этому критерию будет способ, у которого Кд больше.
Способ дополнительной ремонтной детали: Ки=З; Кп=0,85;
Кд=3*1*1*0,85=2,55.
Ручная электродуговая наплавка: Ки=2,5; Кп=0,85;
Кд=2,5*I*I*0,85=2,12.
Наплавка намораживанием Кд=5, Кн=0,85;
Кд=5*1*1*0,85=4,25.
3.Технико-экономический критерий связывает стоимость восстановления детали с ее долговечностью после восстановления.
Оценивается коэффициентом технико-экономической эффективности по формуле профессора Шадричева В.А. [6]:
Кт=Св/Кд, (3.2)
где К -коэффициент технико-экономической эффективности;
Св- себестоимость восстановления детали.
Эффективным считается способ, у которого достигается меньшее значение Кт.
Себестоимость восстановления детали
Св=Зр+Зрм+Зэп+Нр, (3.3)
где Зр-затраты на выплату заработном платы рабочим, руб;
Зрм-затраты на ремонтные материалы, руб;
Зэп-затраты на потребление электроэнергии, руб;
Hр-накладные расходы, руб.

Так как при восстановлении оборотной лапы затраты на выплату зарплаты и на накладные расходы не значительны по сравнению с затратами на ремонтные материалы и на электроэнергию, то можно их не учитывать.
Тогда себестоимость восстановленной оборотной лапы
Св=/Зрм+Зэп/*2, (3.4)
2-восcтанавливаются две рабочие части оборотной лапы.
Способ дополнительной ремонтное детали.
Затраты на ремонтные материалы будут складываться
Зрм=Сим+Сдрд+Сэл, (3.5)
где Сим-себестоимость износостойкого материала, руб.;
Сдрд-стоимость дополнительной ремонтной детали, руб.;
Сэл-стоимостъ электронов для свайки дополнительной ремонтной дета-
ли, руб.
Определяем площади поверхностей дополнительной ремонтной детали, упрочняемых износостойким сплавом.
Целесообразно упрочнять рабочие плоскости дополнительной детали намораживанием погружением в расплав износостойкого сплава ПР-С27, толщина слоя 1,5мм,
Площадь упрочнения
S= 63*70=4550мм2
Объем упрочнения дополнительной ремонтной детали V=S*t, V=4550*1,5=6825 мм3,
t-толщина, мм.
Масса износостойкого материала наплавленная на дополнительную ре-монтную деталь
m=р*V, (3.6)
где р-плотность износостойкого сплава ПР-С27кг/м3;
р=7500 кг/м3=7,5*10-6кг/м3;
m=7,5*10-6*6825=0,05 кг.
Цена I кг ПР-С27 в настоящее время составляет 6000 руб. Тогда стоимость наплавленного материала
Срм= m*Ц, (3.7)
где Ц -цена одного килограмма ПР-С27,руб;
Срм=0,05*6000=300руб.
Находим стоимость дополнительной ремонтной детали, изготовленной из стали 110Г13Л.
Определяем объем дополнительной ремонтной детали
V=S*t, (3.8)
где S-площадь,мм2;
t-толщина,мм;
S1=4550мм2; S2=25*36=900мм2;
S=4550-900=3650мм2;V=3650*12= =43800мм3.
Масса дополнительной ремонтное детали
m=V*р; р=7,8*10-6кг/мм3;
m=43800*7,8*10-6=0,34кг.
Стоимость дополнительной ремонтной детали
Cдрд =m*Ц, (3.9)
где Ц-цена 1кг стали 110Г1ЗЛ,руб.
В настоящее время цена 1кг стали 110Г13Л составляет 700 руб.
Сдрд =0,34*700 =238 руб.

Определяем стоимость электродов необходимых для сварки оборотной лапы с дополнительной ремонтной деталью. Для сварки основы оборотной лапы с дополнительной деталью необходима двухсторонняя разделка кромок. Так как разделка кромок сделана под 98°, то площадь поперечного сечения наплавляемого металла
S=6*6= З6мм2.
Тогда объем наплавляемого металла при сварке
V1=S*l, (3.10)
где l-длина шва, мм;
V1=36*86=3096мм3.
Так как сварка двухсторонняя, то наплавляемый объем металла будет равен
V=2*3096=6192мм3.
Масса наплавляемого металла
m=р*V, р=7,8*10-6кг/мм3;
m=7.8*10-6*6192=0,048кг.
Выбираем электроды УОНИ-13/45 Э50-4-ФГОСТ 9467-60,диаметр электрода 4мм,длина 40мм, сварочный ток I=160-220А [11]. Расход электродов рассчитываем по формуле [11],
MЭЛ=m*Кэ, (3.11)
где Кэ- коэффициент расхода электродов с учетом потери на огарки, разбры-
згивание, угар металла и массу шлака, Кэ=1,4[7];
mЭЛ=0,048*1,4=0,067кг.
Стоимость электродов
Сэл=mЭЛ*Ц, (3.12)
где Ц-цена 1кг электродов, руб., в настоящее время составляет 10т.р.;
Сэл=0,067*10000=670.
Суммарные затраты на ремонтные материалы
Зрм=Срм+Сдрд+Сэл;
Зрм=300+238+670=1208руб.
Затраты на электроэнергию при восстановлении оборотной лапы способом ремонтной детали определяются
Зэп=Сн+Сc, (3.13)
где Сн-затраты на, электроэнергию при намораживании дополнительной
ремонтной детали, руб.;
Сс-затраты на электроэнергию при сварке дополнительной ремонтной
детали с основой оборотной лапы, руб.;
Сн=Сквт.ч*WН, (3.14)
где СкВт.ч- стоимость I квт.ч., в настоящее время составляет 59,6 руб.;
Wн-расход электроэнергии при, кВт.ч.(составляет на одну заготовку
0,5кВт.ч).
Сц = 0,5*59,6=29,8 руб.
Затраты на электроэнергию при сварке
Cс=Cкв.ч.*Wс*m, (3.15)
где Wс-расход электроэнергии на 1кг наплавленного металла, кВт.ч., из [11]
5 кВт,ч;
Сc=59,6*5*0,048 =14,3руб.
Суммарные затраты на электроэнергию
Зэп =29,8+14,3=44,1 руб.
Себестоимость восстановления оборотной лапы способом дополнительной ремонтной детали
Св=(1208 +44,1)*2=2504,2 руб.
Тогда коэффициент технико-экономической эффективности
Кт=2504,2/2,55=982,04.
Ручная электродуговая наплавка.
Затраты на ремонтные материалы
Срм=m*Cс27,
где Cc27-стоимость износостойкого сплава ПГ-С27,руб.
Определяем объем наплавленного сплава
V=S*t, (3.17)
где S-площадь поперечного сечения наплавленного сплава, мм;
t-толщина наплавки, мм.
V=65*70*4=18200 мм3.
Масса наплавленного сплава
m=р*V,
где плотность сплава ПР-С27 принимаем р=7,65*106 кг/мм3;
m=7,65*106*18200=0,14кг.
Стоимость 1кг ПР-С27-6000 руб.,
Срм=0,14*6000=840 руб.
Расход электроэнергии на 1кг наплавленного металла 0,7 кВт.ч., а для наплавки рабочей части оборотной лапы
W=0,7*m, (3.18)
где m-масса наплавляемого сплава, кг.
W=0,7*0,14=0,1 кВт .ч.

Затраты на электроэнергию при электродуговой наплавке
Зэп=59,6*0,1=5,96 руб.
Себестоимость восстановленной оборотной лапы электродуговой наплавкой
Св=(840+5,96)*2=1691,92 руб.
Коэффициент технико-экономической эффективности
Кт=1691,92/2,12=798,1.

Наплавка намораживанием износостойкого сплава ПР-С27 погружением.
Затраты на ремонтные материалы будут складываться из стоимости наплавленного сплава ПР-С27.
Находим массу наплавленного материала
m=р*V,
где р=7,5*10-6 кг/мм3 ;V=22750мм3;
m=7,5*10-6*22750=0,17кг.
Стоимость наплавленного материала
Сс27=0,17*6000=1020 руб.
Расход электроэнергии на 1кг наплавленного сплава составляет 1,3 кВт.ч.
Затраты на электроэнергию
Зэл=W*m*Ц, (3.19)
где W -расход электроэнергии на 1 кг наплавленного сплава, кВт.ч;
m-масса наплавки ,кг;
Ц-стоимость 1кВт.ч.,руб.
Ээл=1,3*0,17*59,6=13,17руб.
Себестоимость восстановления оборотной лапы намораживанием
Св(1200+13,17)*2=2426,34 руб.
Коэффициент технико-экономической эффективности
Кт=2426,34/4,25=570,9.

Вывод: оценивая каждый из трех способов по трем критериям, можно сделать заключение -наиболее рациональным способом восстановления оборотной лапы является наплавка намораживанием износостойкого сплава ПР-С27 на твердую заготовку.
Способ дополнительной ремонтной детали, согласно произведенным расчетам, является допустимым при восстановлении оборотной лапы и це-лесообразно его применять в ремонтных мастерских хозяйств.


3.5Выбор баз


В рыхлительной лапе согласно рабочему чертежу, должны обеспечиваться межосевые расстояния между отверстиями для ее крепления. Регламентируется расстояние от крепежного отверстия до боковой грани и нижней грани .Так как в процессе эксплуатации не происходит нарушения этих посадочных мест, то их можно принять в качестве баз при восстановлении изношенной рыхлительной лапы.


3.6.Обоснование последовательности устранения
дефектов


Основными технологическими операциями процесса наплавки намора-живанием из расплава металлов являются:
подготовка присадочного материала;
подготовка наплавляемой поверхности заготовки;
наплавка рабочей поверхности заготовки погружением в расплав
металлов(погружение кратковременная выдержка, извлечение заготовки из
расплавов металлов);
охлаждение изделия;
контроль качества наплавки.
Подготовка присадочного материала заключается в плавке и установлений необходимой температуры. Плавка присадочного материала осуществляется в индукционной сталеплавильной тигельной печи типа ИСТ-0.06.Применяются сменные тигли из огнеупорного материала.
Масса(уровень) и заданная температура расплава присадочного материала в тигле плавильной печи поддерживаются постоянными на протяжении всего процесса наплавки [3].
Для защиты легирующих элементов от выгорания применяют флюс АН-348А [3].
Активация наплавляемой поверхности применяется для удаления с наплавляемой поверхности оксидных пленок и технологических загрязнений , препятствующих контакту расплавленного износостойкого сплава с металлом наплавляемой детали.
Технологический процесс активации наплавленной поверхности деталей включает подготовку деталей к активации, подготовку флюса, нагрев наплавляемой части детали ТВЧ и флюсование наплавляемой поверхности погружением в расплав [3].
Наплавку намораживанием режущих элементов рабочих органов осу-ществляют погружением нагретой флюсованной детали в расплав износо-стойкого материала. Наплавленное изделие выгружают в контейнер и охлаждают на воздухе. После охлаждения детали, контролируется ее линейные размеры. Ширину и длину измеряем линейкой измерительной 500 ГОСТ 427-75, а толщину наплавленного слоя штангельциркулем ШЦ-1-125-0,1 ГОСТ 166-80. Один процент восстановленных деталей, но не менее 10, из каждой партии подвергают определению твердости. Твердость определяем прибором ТК-2.


3.7.Основные технологические режимы наплавки
намораживанием погружением в расплав износостойкого материала


В качестве основных технологических режимов наплавки намораживанием приняты: температура расплава, температура активации наплавляемой поверхности, скорость погружения наплавляемой детали в расплав, время выдержим [8].
Для осуществления процесса наплавки температура расплава в тигле должна находиться в пределах 1593...1623К.
Температура нагрева наплавляемой части детали должна быть 850... 950o С. После нагрева наплавляемой части детали ТВЧ, не допуская ее охлаждения, подают деталь на пост флюсования и погружают в расплавленный флюс. Глубина погружения должна перекрывать зону наплавки на, 5...10мм. Время выдержки во флюсе должно составлять 3...5 сек. После извлечения деталь выдерживают над расплавом флюса в течение 3...5 сек. для отекания излишков флюса. Температура наплавляемой поверхности, как говорилось выше, должна быть не ниже 800...850град.С. При погружении нагретой флюсованной детали в расплав износостойкого материала выдерживают в расплаве в течение 0,8...1,2сек. Рекомендуется осуществлять погружение детали в расплав со скоростью 0,05...О,2м/с[8].


3.8Обоснование технического оснащения
рабочего места


Упрочнение и восстановление режущих элементов рабочих органов почвообрабатывающих машин наплавкой намораживанием выполняют на специализированных участках, расположенных в изолированном помещении [3].
Наплавочный участок должен быть укомплектован электротермическим оборудованием промышленного изготовления, в составе из:
контакторного шкафа,
преобразователя частоты ВПЧ-60-2400,
преобразователя частоты ВПЧ-100-8000,
конденсаторного блока,
шкафов управления,
панели с контакторами,
трансформаторного блока ИЗ4-100-8000,
нагревательной печи для флюса,
плавильной печи ИСТ-0,08.


3.9.Технико-зконсмические показатели восстановления оборотной лапы наплавкой намораживанием



Подробно расчеты приводятся в разделе 8. Согласно полученным результатам расчетов:
Годовой доход от инвестиций -- 7327,57тыс.руб.;
Чистый дисконтированный доход-- 2203,13тыс.руб.;
Срок окупаемости капитала-- 8,9лет