Способ изготовления шарнира коленно-рычажного механизма литьевой машины

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю F 16 С 11/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4 (21) 4845933/27 (22) 28.05.90 (46) 23.04.93. Бюл. t+ 15 (71) Производственное объединение "Термопластавтомат" им. XXVI съезда КПСС (72) А.А.Мещанинец и В.В.Марковский (56) Аксенов П.Н. и др. Машины литейного производства. Атлас конструкций. — М.: Машиностроение, 1972, с. 64.

Изобретение относится к оборудованию для переработки пластических материалов, в частности к литьевым машинам для, литья под давлением термопластичных и термореактивных материалов.

Цель изобретения — увеличение долговечности и повышение надежности шарнира коленно-рычажного механизма литьевой машины.

На фиг. 1 изображен шарнир; на фиг. 2 — расчетная схема шарнира как, балки с упругими элементами.

Шарнир коленно-рычажного механизма (фиг, 1) содержит рычаг 1, проушину плиты

2, соединенные между собой осью 3. В проушину плиты 2 запрессована втулка 4, ось 3 от осевых перемещений и переворотов относительно рычага 1 удерживается стопорной планкой 5, прикрепленной к рычагу 1 при помощи винтов. Через масленку нагнетается смазка. Пробка заглушает отверстие.

Шарнир коленно-рычажного механизма работает следующим образом, „„Я „„1810637 Al (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШАРНИРА

КОЛЕННО-РЫЧАЖНОГО МЕХАНИЗМА

ЛИТЬЕВОЙ МАШИНЫ (57) Использование: в коленно-рычажных механизмах литьевых машин. Сущность изобретения: изготовление шарнира включает выбор стали для пустотелой оси и втулки, определение их размерных параметров, термообработку, сборку, при этом термообработку оси выполняют с получением твердости не менее 50 ед. HRC>, а термообработку втулки — с получением твердости на .

6„,17 ед. HRC3 больше твердости оси. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

При повороте рычага 1 поворачивается и прикрепленная к нему ось 3, которая скользит по втулке 4, запрессованной в про. ушину плиты 2.

С целью исключения возникновения задиров, схватывания и других дефектов по поверхности D> оси 3 и втулки 4 шарнира коленно-рычажного механизма для изготовления оси выбирается сталь, которая удовлетворяет расчетному пределу прочности и после термообработки имеет твердость в пределах 45...50 HRC3 при сплошной прокаливаемости, которая обеспечивается тем, что ось конструктивно выполнена пустотелой с толщиной стенки не более 1,7 минимальной глубины прокаливаемости выбранной стали, позволяющей охлаждающей среде при охлаждении I подводится одновременно к внутреннему D и наружному D t диаметрам оси, что увеличивает глубину прокаливаемости; Материал втулки выбирается из конструкционной стали, которая также подходит по расчетному пределу проч1810637 (6) гтмакс = Q %

4 P сР 3 2F) P

D1 (t — m — 2с)

g2 =

0 (t — m — 2с) (8) (9) Mà .1 — а ро- Ч2Е (1) 30

35 (2) о11

4G l1

P at — а ) 1Е( (+ в ) (3) 45 (4) М =(Р/2)а - Mo, (10) ности и после термообработки имеет твердость на 6...17 HRC> больше твердости оси.

Для изображенного шарнира расчетную схему наиболее (фиг. 2) целесообразно представить как балку с упругими заделками (для других шарниров расчетная схема практически ничем не отличается). Усилие, передаваемое на ось 3 проушиной плиты 2 или другим рычагом, принимаем распределенным по треугольному закону ввиду наличия зазора между осью 3 и втулкой 4.

Для упрощения расчетов распределенную нагрузку заменим сосредоточенной, приложенной в центре тяжести треугольника, 15

Согласно "Справочнику по технической механике". Под общ. ред, акад. А.Н.Динника. ОГИЗ, Государственное издательство технико-теоретической литературы. 1949.

M. — Ë.: с. 420, 423-456. 438-456, 585-589, 20

642, 643 реактивный опорный момент Ь)о упругой заделки определяется иЗ условия равенства углов поворота опорного сечения оси от изгиба оси и сечения рычага в месте заделки оси от крутящего момента, т.е. уи = pp. Угол поворота сечения оси равен

Угол поворота сечения рычага в месте заделки оси от кручения равен

В качестве расчетной схеме рычага при определении угла закручивания сечения принята жестко защемленная балка.

Определяем где (= @(01 -0 ) - осевой момент инерции

4 4 поперечного сечения оси, 4 50

I = A д — полярный момент инерции сечения рычага.

Момент в пролете:

Номинальное напряжение изгиба оси равно

IV4

О= — )

К (О -041 где W = . — — ) — момент сопротивлеЛ2 D ния сечения пустотелой оси в наиболее опасном сечении.

Наибольшее напряжение изгиба где К - эффективный коэффициент концентрации.

Наибольшее напряжение среза ф 02 где F=

4 — площадь сечения пустотелой оси в опасном сечении, Удельные давления по контактирующей поверхности оси со втулкой равны где g1 — удельное давление по контактирующей поверхности оси;

gz — удельное давление по контактирующей поверхности втулки;

P — наибольшее усилие, действующее на ось и втулку;

01 — наружный диаметр оси;

D — внутренний диаметр втулки;

t — ширина втулки;

m — ширина смазочной канавки во втулке; с — ширина фески втулки.

Проведенные расчеты и экспериментальная проверка работы шарнира позволяют сделать заключение, что твердость оси может быть не ниже HRC> 50, а втулки на

6...17 HRC3 больше твердости оси, если стали, из которых изготовлены ось и втулка, совместимы. В противном случае неизбежны задиры или другая повреждаемость.

С учетом формул (8) и (9) для определения удельного давления по контактирующим поверхностям оси и втулки можно выразить эту зависимость по сравнению с допустимым удельным давлением по контактирующим поверхностям оси и втулки B следующем виде:

g1 =- — - — -- — — —---- (9)1

01 (t — m — 2с) Р

0 (t — m — 2с)

1810637 где (9) и (9h — допускаемые удедьные давления для оси и втулки соответственно.

Из теории сопротивления материалов известно, что применение полых осей приводит к существенному снижению их масс и повышению жесткости при той же прочности, так как внутренние волокна материала при изгибе и сжатии мало нагружены, Поэтому сплошная прокаливаемость оси достигается тем, что она выполнена пустотелой, Обеспечивается сквозная прокаливаемость стенки оси потому, что охлаждающая среда действует одновременно на ее наружную и внутреннюю поверхности.

Шарниры работают в широком диапазоне скоростей, нагрузок с пластинчатыми и жидкими смазками, при низких и высоких температурах, в среде воздуха, различных газов, агрессивных сред, расплавов металлов и вакуума. Современные рекомендации для антифрикционных и фрикционных пар трения неоднозначны и использование их в каждом конкретном случае затруднительно.

Отдельные плавки стали, из которых изготовляются оси шарниров, в силу низкой прокаливаемости не обеспечивают достаточно высокой твердости не только в сердцевине, но даже на сопрягаемой поверхности. Увеличение прокаливаемости стали при увеличении содержания углерода и легирующих элементов снижает пластичность и вязкость стали, и также приводит к технологическим затруднениям при изготовлении деталей; ухудшается свариваемость, обрабатываемость при горячей и холодной пластической. деформациях, при резании увеличивается коробление и вероятность образования трещин при термической обработке.

При масСовом или серийном производстве испольэовать рационально сталь с широким пределом колебаний прокаливаемости сложно. Можно гарантировать заданную твердость детали, если назначить сталь по ее нижнему пределу прокаливаемости, что не всегда достаточно для заданных условий эксплуатации. Предусмотреть строго определенную прокаливаемость изделий невозможно, так как сталь всегда обладает различной способностью прокаливаться, Учитывая изложенное, во многих случаях лучше прибегать к сквозной прокаливаемости, что не всегда возможно, особенно при больших сечениях деталей.

Различные скорости охлаждения наружных и внутренних поверхностей пустотелых осей приводят к различным структурам

40 металла на поверхности и на различных глубинах от указанных поверхностей.

Ддя сквозной закалки иэделия на мартенсит необходимо, чтобы скорость охлаждения его центральных зон была не меньше критической скорости закалки. Этому требованию во многих случаях отвечают пустотелые оси.

Экспериментальная проверка подтвердила, что при толщинах стенок осей, равных

1,6...1,7 минимальной прокаливаемости, закаливаемость различных сталей (см. примеры 1, 2, 3, 4) была сквозной и обеспечивала нормальную работу шарниров.

Выбор марок сталей и их термообработки для пары ось — втулка шарниров механизмов запирания литьевых машин производился согласно рекомендациям литературных источников и практического опыта на заводе. В приведенных примерах испытания пар ось — втулка. проводились в лабораторных условиях завода на специальном стенде, куда устанавливались механизмы запирания литьевых машин. Оси и втулки устанавливались в механизм. запирания, после чего включался стенд, Производилось нагружение стенда. Скорость относительного скольжения оси втулки в момент нагружения убывала от 0,05 м/с до нуля. С целью ужесточения условий испытаний смазка шарниров осуществлялась при сборке, а затем через 7 — 10 тыс. циклов. В качестве смазки применялся ЦИАТИМ-201, Режим нагружения соответствовал 40 нагружениям в минуту.

По программе длительность испытаний составляла 1,5 10 циклов, что соответствуб ет ресурсу при двухсменном режиме работы в3 г. В каждом примере испытывались 5 пар ось — втулка, где оси были сплошными, и по 5 пар, где оси были пустотелыми.

Пример 1. Оси изготовлялись иэ стали

40Х с наружным диаметром Ф 56 1 7. В пустотелых осях диаметр отверстия составлял 12 мм. Закалка. Температура 820—

850 С. Охлаждающая среда — масло.

Отпуск. Температура 180 — 220 С. Охлаждающая среда — масло, НВСЭ 45-50. Прокаливаемость — средняя, при закалке в масле при

50 Оьо прокаливаемость составляет 17...35 мм.

Втулка изготовлялась из инструментальной стали Х6ВФ. Закалка. Температура 980—

1000 С, Отпуск. Температура 150-170 С, Охлаждающая среда — воздух. HRC> 60...63.

55 Нагрузка на механизм запирания составляла 50тс (или490 кН). Удельное давление в шарнирах при такой нагрузке составляет

0,16 МПа. Задиры во всех осях со сплошным сечением появились через 15 — 20 тыс,циклов работы. Пустотелые оси проработали

1810637

1,5-10 циклов без задиров на рабочих поверхностях, то есть проработали полную программу испытаний, Пример 2, Оси изготовляли иэ стали

40ХН2МА с наружным диаметром Ф 70 f 7.

Пустотелые оси были двух аидов: с внутренними диаметрами 12 мм (3 шт,) и 16 мм (2 шт.). Закалка. Температура 850" С, Охлаждающая среда — масло, Отпуск. Температура

200-220 С. Охлаждающая среда — воздух.

HRC3 45...50. Прокаливаемость — глубокая, критический диаметр прокаливаемости Ово составляет в масле бО мм, Втулки изготовляли из стали 20Х с наружным диаметром Ф 85 h 6 и внутренним диаметром Ф 70 Н 7. Цементация на глубину

1,5...2 мм, Температура 900...920 С. Охлаждающая среда — с печью, Закалка. Температура 780 — 800 С. Охлаждающая среда— вода. Отпуск. Температура 160 — 2000C. Охлаждающая среда — воздух. НИСОЮ 56...62.

Нагрузка механизма запирания составляла

100 тс (или «980 кН), Удельное давление в шарнирах при указанной нагрузке составляет 0,25 Mila.

В паре ось — втулка с осями со сплошными сечениями появились задиры (на двух осях) через 38 тыс.циклов и 130 тыс. циклов.

Пустотелые оси отработали заданную программу без задиров, Пример 3, Оси изготовляли из стали

50ХН с размерами, указанными в примере

2. Закалка, Температура 800-830 С, Охлаждающая среда — масло, Отпуск 180 — 220 С, Охлаждающая среда — воздух, HRC3 48...52, Прокаливаемость — повышенная, критический диаметр прокаливаемости Dsp a масле составляет 60 MM.

Втулки изготовляли из стали 20Х с теми же данными, что в примере 2, Задиры во всех осях со сплошными сечениями появились через 12 — 15 тыс.циклов работы, Оси пустотелые проработали 1,5 10 циклов беэ задиров на рабочих поверхностях, то есть по полной программе испытаний, Пример 4. Оси изготовляли из стали

40ХГРТ с размерами, приведенными в примере 1. Закалка. Температура 830 — 850 С.

Охлаждающая среда — масло, Отпуск 180—

2200С. Охлаждающая среда — воздух. HRC3

45...50. Прокаливаемость — повышенная, до глубокой, критический диаметр прокаливаемости Оз0 в масле составляет 60 мм, Втулка изготовлялась из инструментальной стали ХВГ с размерами, приведенными в примере 1. Закалка. Температура

820-840 С, Охлаждающая среда — масло.

Отпуск 200-300"С. Охлаждающая среда— воздух. HRC 56...58.

Задиры в трех осях со сплошным сечением из пяти появились через 15 — 18 тыс.циклов, Оси пустотелые проработали 1,5.10 циклов.беэ задиров, отработав полную про5 грамму испытаний.

Все пары ось — втулка иэ приведенных примеров, прошедших испытания; без по-, вреждаемости, имели на поверхностях трения шероховатости ниже исходных. Износ

10 деталей шарниров (ось — втулка) был равномерным и не влиял на дальнейшую работоспособность пар ось — втулка шарниров коленно-рычажных механизмов литьевых машин.

15 Экспериментальные данные по определению прокаливаемости осей шарниров коленно-рычажных механизмов литьевых машин приведены в примерах 5 — 8, П р .и м е р 5. Цельная ось иэ стали

20 4ОХН2МА изготовлена с наружным диаметром 100 мм. Закалка. Температура 850 С, Охлаждающая среда — масло. Отпуск. Температура 200 — 220 С. Охлаждающая среда— воздух. Твердость на наружной поверхно25 сти HRC 38...42. Сердцевина диаметром

53 мм имела твердость HB 217...228, которая была до закалки и отпуска, то есть имела исходную твердость. Глубина прокаливаемости таким образом для данной плавки

30 стали составила 23,5 мм. Изделие насквозь не прокаливалось, Пример 6. Пустотелая ось из стали

40ХН2МА изготовлена с наружным диаметром 100 мм. Внутренний диаметр централь35 ного отверстия 55 мм. Закалка и отпуск — те же, что и в примере 5. После закалки и шлифования замеряли твердость стенки. Она оказалась равной на- всей глубине 45...50

НВСз, то есть получилась сквозная прокали40 ваемость стенки толщиной 22,5 мм.

Пример 7. Пустотелая ось из стали

40ХН2МА изготовлена с наружным диаметром 100 мм. Внутренний диаметр отверстия вдоль оси изделия равен 20 мм, Закалка и

45 отпуск — те же, что в примере 5, После закалки, отпуска и шлифования замеряли твердость стенки. Она оказалась на всей глубине

45„,50 HRC, то есть получилась сплошная прокаливаемость стенки толщиной 40 мм.

50 Таким образом толщина стенки изделия, которая прокалилась насквозь по сравнению с величиной прокаливаемости, указанной в примере 5, для,цанной плавки стали составила 1,7, 55 Пример 8. Пустотелая ось из стали

40ХН2МА изготовлена с наружным диаметром 100 мм, Внутренний диаметр отверстия вдоль оси изделия равен 10 мм. Закалка и отпуск — те же, что в примере 5. После закалки, отпуска и шлифования замеряли твер1810637

10 дость стенки. Она оказалась по наружной поверхности и глубине 23 мм 42...46 HRC, на глубине 24 — 27 мм 36...40 HCR, а на глубине 28 — 44 мм 43...48 НИС,, В данном случае сквозная прокаливае- 5 мость не получилась, стенка на различных глубинах по толщине имеет различную твердость. С наружной стороны глубина прокаливаемости равна 23 мм, а с внутренней стороны — 18 мм. Внутри стенки появился 10 слой, имеющий меньшую твердость, чем ее наружная и внутренняя поверхности.

Изобретение позволяет за счет предложенного способа изготовления шарнира коленно-рычажного механизма литьевой 15 машины обеспечить долговечность и надежность его в эксплуатации, что позволяет получить значительный экономический эффект, Формула изобретения 20

1. Способ изготовления шарнира коленно-рычажного механизма литьевой машины, включающий выбор стали для оси и втулки, определение размерных параметров оси и втулки со смазочными канавками 25 и фасками, термообработку оси и втулки, сборку,отличающийсятем,что,сцелью увеличения долговечности и повышения надежности, размерные параметры выбирают из соотношения 30

g)

D1 (t — m — 2с) ((ц) параметры втулки — из соотношения

0 (t — m — 2с) где (g)i и (gh — допускаемые удельные давления для оси и втулки соответственно;

g> — удельное давление по контактирующим поверхностям оси;

gz — удельное давление по контактирующим поверхностям втулки;

P — наибольшее усилие, действующее на ось и втулку;

0 — диаметр оси;

0 — внутренний диаметр втулки;

t — ширина втулки;

m — ширина смазочной канавки на втулке; с — ширина фаски на втулке, ось изготавливают пустотелой, термообработку оси выполняют с получением твердости не менее 5 единиц HRC>, а термообработку втулки — с получением твердости на 6 — 17 единиц НЯСэ больше твердости оси.

2. Способ по и, 1, отличающийся тем, что ось выполняют с толщиной стенки не более 1,7 глубины нижнего предела прокаливаемости, выбранной для ее изготовления стали, а охлаждение оси при термообработке производят одновременным подводом охлаждающей среды к стенкам оси, 1010637

Составитель А, Мещанинец

Техред М.Моргентал Корректор Н. Гунько

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 1434 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5