Упрочняющие технологии для элементов конструкций почвообрабатывающих орудий

В целом можно заключить, что современные отечественные  технологии и материалы разрабатываемые  научными центрами и апробированные в производственных условиях позволяют обеспечивать деталям нового поколения рабочих органов машин технический уровень, не уступающий лучшим мировым аналогам [5].

 

1.5 Получение диффузионных слоев методом электро-химико-термической обработки.

 

Рабочие элементы корпусов плугов в процессе эксплуатации подвергаются интенсивному абразивному износу. Одним из факторов, ограничивающим срок эксплуатации рабочих элементов и увеличивающим частоту их замены, является повышенный износ головки болта, приводящий к нарушению целостности конструкции. В результате чего, происходит отрыв рабочего элемента от корпуса плуга [14].

Применение износостойких  диффузионных покрытий, позволит увеличить  стойкость поверхности головки  болта, тем самым повысить срок эксплуатации корпусов плугов [15].

Наиболее широко используемые методы повышения износостойкости  поверхности изделия, является газовая цементация или нитроцементация, с последующей закалкой и отпуском. Данный способ химико-термической обработки позволяет получить износостойкий слой толщиной более 1 мм. Однако, использование газовой цементации для повышения износостойкости поверхности головки болта затруднительно, т.к. возникает необходимость защиты резьбы от насыщения. Для локального насыщения стали углеродом, наиболее целесообразно использование высокотемпературной цементации или нитроцементации из паст, с использованием нагрева током высокой частоты. Данный метод позволяет совмещать нагрев под закалку с диффузионным насыщением, что значительно сокращает продолжительность процесса. За счет использования высоких температур удается получать, за несколько минут, слои такой же величины, как при газовой цементации в течение нескольких часов [17].

Исследование закономерностей  формирования нитроцементованных слоев  проводили на болтах изготовленных из сталей 10 и 40Х. При этом использовали активную пасту на основе железисто-синеродистого калия, древесного угля, активатора и связующего. Компоненты пасты в порошкообразном состоянии замешивались на воде до консистенции жидкой сметаны. Пасту наносили на головку болта окунанием. Толщина слоя пасты составляла 3-5 мм.

Нагрев осуществляли током высокой частоты на установке, с частотой 66 кГц и мощностью на выходном контуре 100 кВт. Болты нагревали до 1100 0С - 1400 0С с последующей изотермической выдержкой от 30 до 150 секунд. После проводили закалку.

Зависимость толщины  слоя, от времени насыщения представлена на рисунке 1.

 

Рисунок 20. Зависимость глубины слоя от времени.

1 – сталь 40Х; 2 – сталь 10.

 

Как видно, из рисунка 1, за время 150..200 секунд при нитроцементации  получается диффузионный слой толщиной 0,35 - 0,4 мм. Увеличение температуры насыщения с 1200 0С до 1300..1400 0С, приводит к образованию на головке болта жидкометаллической фазы, что позволяет получить на стали 40Х за 90 секунд слой в 0,90 мм.

Металлографический анализ структуры показал следующее: после  нитроцементации при температурах 1100 - 1200 °С и последующей закалки, диффузионный слой состоит из игольчатого мартенсита и остаточного аустенита (рис.21). После ХТО при температурах 1300..1400 °С поверхность болта подплавляется и образуется структура белого доэвтектического чугуна (рис.22).

 

 

   Рисунок 21. Микроструктура стали 10                       Рисунок 22. Микроструктура стали 40Х

после нитроцементации при 1100-1200° С.             после нитроцементации при 1300-1400° С.

 

После насыщения при температурах 1100 - 1200 °С максимальная твердость составляет 9000 МПа; при 1300 - 1400 °С - 11000… 12000 МПа.

Как видно, из вышеприведенных  данных, процесс упрочнения поверхности  головок болтов методом нитроцементации из паст, с использованием нагрева током высокой частоты, позволяет получить износостойкие слои толщиной 0,3..0,9 мм, с твердостью 8500…9000 МПа или 11000…12000 МПа, в зависимости от режимов химико-термической обработки [19].

 

 

 

2. ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНАЯ  ЧАСТЬ.

 

2.2 Изучение  программных пакетов, применяемых для оптимизации конструкций почвообрабатывающих орудий.

 

Развитие новых технологий постоянно предъявляет все более  жесткие требования к современному инженеру-конструктору. Уже давно остались в прошлом те времена, когда все конструкторские расчеты, чертежи и документация выполнялись вручную, а главными инструментами проектировщика были карандаш и кульман. Точность таких чертежей и документации зависела от многих субъективных факторов, таких как тщательность выполнения графического изображения, квалификация проектировщика и пр. Самое плохое, что такие чертежи практически невозможно было редактировать.

За два последних  десятилетия информационные технологии коренным образом изменили принципы конструирования, ускорив при этом процесс разработки изделия, повысив его точность и надежность в десятки раз. Бытует ошибочное мнение, что графические и расчетные системы – это всего лишь цифровая замена проектирования вручную. Хотя в самом начале, конечно, так и было. Первые версии западных программ для работы с инженерной двухмерной графикой были не чем иным, как электронным вариантом карандаша и кульмана. Однако благодаря высоким технологиям сфера конструирования развивалась, и в результате появилась отдельная самостоятельная отрасль – автоматизированное проектирование. Постепенно в графических редакторах стало возможно повторно использовать ранее спроектированные изделия, легко и быстро создавать типовые элементы, самостоятельно оформлять чертежи и прочую документацию. Следом за этим появился механизм параметризации графического изображения [10].

2.2.1 КОМПАС-3D

Прежде чем приступить к непосредственному рассмотрению черчения и моделирования в системе  КОМПАС-3D, необходимо уделить некоторое  внимание интерфейсу и возможностям изменения настроек данного приложения. Этот вопрос имеет далеко не второстепенное значение, ведь доскональное владение приемами и средствами работы зачастую позволяет не задумываясь найти более легкий и изящный путь для решения той или иной задачи. Хорошо настроенный интерфейс разрешает конкретному пользователю более гибко управлять программным пакетом. Напротив, нестандартный и непривычный набор элементов управления вызывает множество неудобств, замедляющих и затрудняющих проектирование, и в конечном итоге является причиной усталости и раздражения пользователя после длительного сеанса работы с приложением. Конечно, если вы недостаточно изучите все нюансы интерфейса и будете осваивать их по мере необходимости, вы всегда сможете воспользоваться справкой по КОМПАС-3D, документацией, сопровождающей программу, а также этой книгой. Однако согласитесь, намного удобнее, один раз основательно изучив интерфейс и настроив систему для себя, спокойно работать с приложением, чем каждый раз листать страницы книги, рыться в электронной документации или пытаться что-либо понять в сухих и зачастую непонятных тезисах справки.

КОМПАС Поставляется в двух вариантах: КОМПАС-График и  КОМПАС-3D, предназначенных соответственно для плоского черчения и трёхмерного  проектирования.

КОМПАС-График может использоваться как полностью интегрированный в КОМПАС-3D модуль работы с чертежами и эскизами, так и в качестве самостоятельного продукта, полностью закрывающего задачи 2D-проектирования и выпуска документации.

Система ориентирована  на поддержку стандартов ЕСКД. КОМПАС-График автоматически генерирует ассоциативные виды трёхмерных моделей (в том числе разрезы, сечения, местные разрезы, местные виды, виды по стрелке, виды с разрывом). Все они ассоциированы с моделью: изменения в модели приводят к изменению изображения на чертеже.

Существует большое количество дополнительных библиотек к системе КОМПАС, автоматизирующих различные специализированные задачи.

Описание САПР Компас 3D

Система КОМПАС-3D предназначена  для создания трехмерных ассоциативных моделей отдельных деталей и сборочных единиц, содержащих как оригинальные, так и стандартизованные конструктивные элементы. Параметрическая технология позволяет быстро получать модели типовых изделий на основе однажды спроектированного прототипа.

Система позволяет:

-   быстро сгенерировать  комплекты конструкторской и технологической документации, необходимые для выпуска изделий,

-   передать геометрию  изделий во внешние расчетные пакеты,

-   передать геометрии  в пакеты разработки управляющих  программ для оборудования с  ЧПУ, 

-   создать дополнительные  изображения изделий (например, для составления каталогов, создания иллюстраций к технической документации и т.д.).

-   импортировать  или экспортировать модели (КОМПАС-3D поддерживает форматы IGES, SAT, XT, STEP, VRML)

Система обладает функционал, ставший типовым для САПР среднего уровня.

 

 

Рисунок 23. Внешний вид интерфейса

 

Слева – инструменты  работы со сборкой и дерево модели, сверху – инструменты панели «вид»,

Справа – панель библиотеки стандартных элементов, на которой  отображён элемент «Подшипник ГОСТ 2893-82»

Описание расчётных  модулей

В системе Компас 3D используются следующие модули, предназначенные  для различных расчетов и анализа  изделий [10]:

Кабели  и жгуты 3D -

Специализированное приложение для КОМПАС-3D, предназначенное для  автоматизации процесса трехмерного моделирования электрических кабелей и жгутов, а также для выпуска конструкторской документации на эти изделия.

Области применения системы:

приборостроение, в том  числе авиационное и космическое  приборостроение;

машиностроение, в том числе автотракторная и судостроительная промышленность;

проектирование зданий и сооружений.

Основные возможности  системы:

автоматическое и полуавтоматическое формирование трасс прокладки кабелей и жгутов в пространстве изделия;

автоматическое позиционирование кабельных частей соединителей по их приборным (блочным) частям;

автоматическое создание трехмерных моделей кабелей и  жгутов с учетом количества и диаметра проводников, проходящих по трассам;

автоматическое создание скруглений в точках поворота трассы с учетом автоматически рассчитываемого условного диаметра кабеля или ветви жгута;

автоматическое создание сборочного чертежа кабеля или жгута;

автоматическое создание спецификации к этому чертежу  с подсчетом длин всех проводников  и количества различных материалов;

автоматическая простановка  на сборочном чертеже позиционных  обозначений;

автоматическое создание объектов спецификации типа «сборочная единица» для жгутов или кабелей.

Размеры на чертеже полностью  соответствуют размерам кабелей  или жгутов, измеренным по осям их трехмерных моделей.

Любой созданный документ или трехмерная модель являются документами  системы КОМПАС-3D. Они могут быть отредактированы и доработаны пользователями вручную. Документы могут быть переданы на другие рабочие места и открыты на редактирование, даже если на этих рабочих местах не установлена система Кабели и жгуты 3D.

Трубопроводы 3D

– специализированное приложение для системы КОМПАС-3D, предназначенное для автоматизации типовых работ по проектированию трубопроводов. Библиотека предназначена для использования в области машиностроения и при проектировании инженерных сетей.

Библиотека позволяет  выполнять следующие виды работ:

создание трасс и выполнение различных операций с ними;

размещение элементов трубопроводов.

размещать элементы с заданием элементу определенного типа сопряжений;

строить на трубах врезки различных  типов;

выполнять разделку углов выбранных стыков труб;

переставлять торцы труб;

редактировать диаметр и толщину  стенки построенных труб.

В качестве стандартных  компонентов трубопровода библиотека может использовать как компоненты, созданные пользователем вручную, так и компоненты из каталогов Библиотеки стандартных изделий.

      Компас-Spring

-cистема расчета  и конструирования различных  упругих элементов

Модуль КОМПAС-Spring обеспечивает выполнение проектного или проверочного расчетов цилиндрических винтовых пружин растяжения и сжатия, а также тарельчатых пружин и пружин кручения. По результатам расчетов могут быть автоматически сформированы чертежи пружин, содержащие виды, технические требования, диаграммы деформаций или усилий, сгенерированы их 3D-модели.

В основу программы положены методики ГОСТ 13764-86, ГОСТ 13765-86, ГОСТ 3057-90.

Pасчет выполняется  пpи минимальном количестве исходных  данных и гаpантиpует получение необходимых конструктору паpаметpов пpужины пpи ее минимальной массе.

Система проектирования пружин КОМПАС-Spring интегрирована с  корпоративным справочником "Материалы и сортаменты" — из него можно выбрать материал проектируемой пружины.

При создании чертежа  пружины возможен выбор типов  зацепов, автоматическое образмеривание, автоматическое построение выносных видов, диаграмм деформации или усилий.