ВЫБОР МАТЕРИАЛА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВАЛА РУБИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ
Казаков Я.В. (БГИТА, г.Брянск, РФ)
Научный руководитель работы – к.т.н., Шевелева Е.В.
This article presents a selection of material for the manufacture of the shaft chipper
Вопрос о выборе материала для изготовления вала рубительной машины может быть решен при комплексном рассмотрении требований к механическим и эксплуатационным характеристикам изделия, сложности и технологичности конструкции и доступности самого материала. К эксплуатационным требованиям относятся:
· характер и вид нагрузки;
· требования по износостойкости рабочих поверхностей;
· коррозионная стойкость;
· тепло- и жаростойкость;
· особые физические свойства.
Соответствие характеру и виду нагружения обеспечивается определенными механическими свойствами. Так, основными характеристиками материала при статических нагрузках являются предел прочности σв, предел текучести σт или σ0,2, пластичность (δ, ψ) и твердость. При динамических нагрузках такими характеристиками являются ударная вязкость КС, а также предел выносливости σ-1. Сталь характеризуется широкими пределами прочностных свойств, а так же пластичности и вязкости. Эти свойства сравнительно легко обеспечиваются соответствующим химическим составом и различными способами упрочнения, как по всему сечению, так и на поверхности.
Выбор химического состава и вида термической обработки определяется требуемым уровнем механических свойств, размерами сечения и габаритами детали, а также эксплуатационными требованиями, определяющими условия работы. Дополнительные свойства отдельных частей или поверхностей детали, чаще всего вызванные требованиями износостойкости, контактной прочности, обеспечиваются специальными методами упрочнения. Если дополнительные требования относятся ко всем поверхностям деталей, то они обеспечиваются соответствующими видами сталей. Рекомендации по выбору марок сталей, видов упрочнения и способов обеспечения требуемых эксплуатационных свойств, а также химический состав и свойства приведены в учебниках. Чугуны в основном имеют более узкие пределы механических свойств. Так, прочность серых чугунов резко превышает 350-400 МПа при почти нулевой пластичности, а у ковких чугунов она колеблется в пределах 300-800 МПа при относительном удлинении до 10-12%. Несколько ближе по прочностным характеристикам к сталям приближаются высокопрочные чугуны, но они имеют несколько пониженную ударную вязкость, а относительное удлинение их не превышает 20%. Широкое применение чугунов для деталей машин связано с их более высокой по сравнению со сталью технологичностью и некоторыми эксплуатационными свойствами. Рациональное применение чугунов также обеспечивает снижение металлоемкости конструкций демпфирующей способности. Чугуны широко применяются для базовых деталей. Кроме того, стоимость чугунов ниже стоимости сталей. Термическая обработка с целью повышения свойств в основном используется для высокопрочных чугунов. На втором этапе выбора материала, учитывая его технологические свойства, оценивают техническую и технологическую возможность и целесообразность получения данной детали из выбранного материала. Под технологическими свойствами понимают свойства, обеспечивающие возможность и минимальную трудоемкость получения детали в соответствии с ее технологическими требованиями.
К технологическим свойствам относятся:
· линейные свойства;
· способность к пластической деформации;
· свариваемость;
· закаливаемость и прокаливаемость;
· обрабатываемость резанием.
К линейным свойствам относятся:
· жидкотекучесть;
· линейная усадка;
· объемная усадка;
· температура заливки.
Для повышения износостойкости конструкционных сталей и чугунов применяют различные методы поверхностного упрочнения, включая покрытия, наплавку.
При выборе материала желательно оценить доступность, стоимость, безопасность и экономичность выбранного материала и технологических процессов в его использовании.
На основании эксплуатационных, механических и технических свойств пришли к выводу, что для изготовления вала рубительной машины необходима сталь. Выберем марку стали для вала диаметром 40 мм и длиной 177 мм, учитывая, что шестерня редуктора работает в условиях высоких нагрузок, а рабочие поверхности - в условиях износа.
Для изготовления вала можно использовать стали 40Х, 40ХГТ. Твердость полумартенситной зоны для данных марок стали составляет HRC45, что соответствует лимитируемой твердости улучшаемой стали в сердцевине детали.
С учетом требований прокаливаемости согласно номограммам для стали 40ХГТ полоса состовляет h=17,5 мм, что является недостаточным, для стали 40Х составляет h=53 мм, что является достаточным. В связи с этим для изготовления вала рубительной машины принимаем сталь 40Х, которая в термоулучшеном состоянии σт не менее 690 МПа; σв не менее 910 МПа, что вполне отвечает требованиям по механическим свойствам.