Конкурентоспособность центробежнолитых шестерен и зубчатых колес

ПРОИЗВОДСТВО ЗАГОТОВОК ШЕСТЕРЕН И ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

1. Общие характеристики проекта.

Миссия проекта

Общие характеристики проекта.

Существующий технологический процесс производства шестерен и зубчатых колес.

Технологический процесс производства центробежнолитых шестерен и зубчатых колес и венцов

2. Особенности использования шестерен

3. Конкурентоспособность центробежнолитых шестерен

4. Форма собственности

5. Маркетинговые характеристики проекта.

Предполагаемый объем производства и характеристики потребления шестерен.

Поставщики и производители шестерен и зубчатых колес.

Патентная чистота проекта

6. Объем инвестиций

7. Стадии проекта

8. Финансовые показатели проекта.

Смета затрат на проект.

Организация производства на ЧЛМЗ.

Производство заготовок на ЧЛМЗ.

Организация сбыта заготовок в России.

Организация сбыта заготовок в Европе.

Расчет минимальной прибыли.

9. Дополнительные конкурентные преимущества

 

1. ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Проект рассчитан на полное использование мощностей ЧЛМЗ, включая производство центробежного литья заготовок, термическую и механическую обработку. Возможен также запуск простаивающего кузнечного производства для изготовления поковок - полуфабрикатов.

 

СУЩЕСТВУЮЩИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА ШЕСТЕРЕН

Шестерни и зубчатые колеса производятся на машиностроительных заводах, имеющих в своем составе литейные, кузнечно-штамповочные, термические цеха и цеха механической обработки. Дополнительно должны иметься лаборатория и стенды испытаний.

Типовой технологический процесс:

1. Изготовление слитка и прокат из качественной стали, как правило, 40Х, 38 ХНМА, 30ХМА, 35ХМФА, 12ХН3МА и др., зачистка, проверка, термообработка и зачистка, проверка на наличие трещин.

1.1. Альтернатива – литье заготовок шестерен в землю, в керамические формы и др.

2. Разрезка заготовок на мерные куски под ковку.

3. Штамповка методами горячей деформации (температура нагрева до 1200оС с печным нагревом) в несколько переходов с одного или нескольких нагревов с прошивкой центрального отверстия до получения качественной полой поковки, термообработка, цементация, зачистка и проверка на наличие трещин и дефектов штамповки.

2.1 Альтернативной технологией является трудоемкая операция сверления готовой поковки сплошного сечения. Как правило, применяется на большинстве небольших машиностроительных предприятий.

4. Проверка на наличие внутренних дефектов и поверхностных трещин, контроль соосности внутреннего и внешнего отверстий

5. Механическая обработка, включая токарную и расточную в несколько переходов, а также наиболее важную операцию – зубонарезную и зубошлифовальную, проверочные и зачистные операции

6. Термическая индукционная обработка для получения окончательной твердости поверхности и контроль поверхности,

7. Окончательная шлифовка

7. Окончательный контроль качества поверхности и допусков.

 

ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА ЦЕНТРОБЕЖНОЛИТЫХ ЗАГОТОВОК ШЕСТЕРЕН

1. производство заготовки полого сечения в точном кокиле.

2. Разрезка на мерные заготовки под штамповку

3. Ковка (штамповка) в 1-2 перехода методами полугорячей деформации с индукционного нагрева

4. Операции механической, термической обработки и контроля в соответствии с вышеприведенной традиционной технологией.

 

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ШЕСТЕРЕН

Шестерни и зубчатые колеса являются наиболее сложными элементами зубчатых передач и наиболее часто изнашиваемыми в процессе работы. В процессе работы шестерни испытывают значительные контактные и изгибные напряжения, трение скольжения с абразивным износом. Специфическим видом излома являются выкрашивание при кромочном ударе, появление усталостных трещин на твердой поверхности заготовки, поверхности, задиры, изгибы наиболее нагруженных зубьев и их излом.

 

Главные требования к шестерням и зубчатым колесам, которые можно изготавливать методами центробежного литья:

1. Используемые стали – качественные, низколегированные и среднелегированные, из цветных металлов, биметаллические и составные (например, чугунно-бронзовые червячные венцовые колеса)

2. Рабочие диаметры – 140-800 и более мм

3. Ширина – 10 - 2500мм

4. Высокая нагрузочная способность и способность противостоять контактным напряжениям

5. способность длительное время работать без износа, обеспечиваемое высокой твердостью до 62 НРС. В целом твердость для различных условий колеблется от 350НВ и выше для стандартных условий.

6. Наличие сертификата на материалы.

 

КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТЬ ЦЕНТРОБЕЖНОЛИТЫХ ШЕСТЕРЕН и ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

Центробежнолитые заготовки шестерен являются конкурентоспособными по следующим параметрам:

 

ПО СРАВНЕНИЮ С ЛИТЫМИ ЗУБЧАТЫМИ КОЛЕСАМИ ДРУГИХ СПОСОБОВ ЛИТЬЯ

1. Литье в специальный металлический кокиль без обсыпки песком, гарантирующее полное отсутствие шлаковых включений в форме.

2. Литая структура, наиболее устойчивая к истиранию

3. Плотная структура без раковин и других литейных дефектов

4. Возможность специфического распределения легирующих элементов соответствующих поверхностям наибольшего трения, как например, концентрация карбидов и карбонитридов на поверхности трения, при этом они не выкрашиваются как при волокнистой мелкозернистой структуре

5. Возможность создания поверхности с насыщенным содержанием сродственных легирующих элементов для улучшения операций азотирования и карбонитрирования

6. Возможность повышения коррозионной стойкости на поверхностях трения и предотвращения электрохимического износа

7. Возможность создания специфических биметаллических поверхностей для формирования специального износостойкого слоя на рабочей поверхности. Эти же слои позволяют достичь большей твердости после термической обработки чем при использовании типичных сталей типа 40Х.

8. Изготовление нескольких заготовок шестерен с одной плавки с последующей их отрезкой на мерные заготовки

 

ПО СРАВНЕНИЮ С ПРОКАТОМ, КОВКОЙ И ШТАМПОВКОЙ

9. меньшая трудоемкость и себестоимость производства по сравнению с прокатанными и коваными заготовками за счет отсутствия литья кузнечного слитка и его обработки, операций, связанных с ковкой, зачисткой и контролем поковок, припусков на механическую обработку как внутреннего диаметра, так и внешнего диаметра.

10. Изготовление венцов большего диаметра по сравнению с теми, которые можно получить штамповкой.

11. Использование более широкого диапазона износоустойчивых композиций составов сталей, например, для специфических условий.

12. Использование биметаллических отливок с износостойким поверхностным слоем, для зубчатых колес большого диаметра, или подвергающихся износу.

13. Более износоустойчивая макроструктура стали, формирующаяся при литье и которую невозможно получить из проката. При этом на поверхности зуба формируется наиболее устойчивая узорчатая структура, более отвечающая характеру изменения напряжений, чем при текстуре обычной поковки и штамповки

14. Структура, наиболее приближенная к волокнистой структуре накатанного зубчатого колеса, при этом можно обеспечить высоту дендрита, во много раз превышающей высоту зуба, что послужит резкому повышению прочности зуба к изгибным напряжениям

15. Возможность создания при приработке зубчатого соединения условий для формирования масляных канавок в пластичных участках междендритного пространства

16. Гашение роста усталостных трещин в пластичных участках междендритного пространства

17. Одновременное сопротивление зуба как износу, так и кромочному удару

18. Повышенная нагрузочная способность для зубчатых колес с большой относительной скоростью скольжения.

19. Хорошее сопротивление контактным напряжениям в различных фазах зацепления. При этом есть возможность формирования оптимальной структуры, противостоящих пику контактных напряжений в полюсе зацепления

20. Возможность формирования структуры, отвечающей различным условиям работы зубчатого зацепления: высокой скорости; высокой нагруженности, реверсивности, типу передачи, (закрытой, открытой, с большим количеством абразива), с повышенной виброактивностью, повышенной задиростойкостью

21. Наличие структурного дендритного упрочнения, позволяющее иметь

21.1. повышение общего ресурса зубчатого зацепления 

21.2. Хорошее сопротивление композитной дендритной структуры напряжениям, возникающим при изгибе и соответствующая меньшая вероятность поломки зуба

21.3.  Хорошее сопротивление дендритной структуры выкрашиванию от действия контактных напряжений

22. Повышенный ресурс в маслодефицитных передачах

23. Нет необходимости в предварительных операциях проработки осевой части заготовок при горячей деформации, поскольку центробежное литье обеспечивает как удаление большей части ликватов, так и неметаллических включений

24. По сравнению с прокатом будут отсутствовать строчечные дорожки, выходящие на поверхность зуба при его нарезании, являющееся источником концентрации напряжений

25. При использовании центробежнолитых заготовок можно использовать более высокопроизводительное ковочное оборудование, включая автоматические ковочные комплексы

26. Возможен переход от горячей к полугорячей штамповке, что позволит сократить угар при штамповке и производить штамповку сразу в чистовых ручьях. Практически можно отказаться от газовых печей нагрева

27. Механические свойства штамповок зубчатых колес из центробежнолитой отливки гарантировано выше, чем у штамповок из проката по ГОСТ 1050 и ГОСТ 380 и сравнимы по категории прочности с штампованными шестернями из низколегированных сталей.

28. Абсолютно точное соответствие оси внутреннего и внешнего диаметров, что гарантирует меньшие припуска на штамповку, в частности, полное отсутствие выдры.

29. Новым эффектом, которые можно реализовать для повышения прочностных свойств шестерни из центробежнолитой заготовки является формирование композитной структуры методами литья, что позволит сформировать наиболее износоустойчивую узорчатую структуру, более отвечающей характеру изменения напряжений, чем при макроструктуре поковки и штамповки.

 

ПО СРАВНЕНИЮ С ТЕХНОЛОГИЕЙ НАПЛАВКИ ИЗНОШЕННЫХ КОЛЕС

30.  Замена технологии наплавки технологией бандажирования тела зубчатого колеса новой полой заготовкой с нарезанными рифами по примеру прокатных валков с отсутствием пор и трещин вследствие наплавки на поверхности и в теле заготовки под зуб.

 

ФОРМА СОБСТВЕННОСТИ

Проект предлагается проводить в рамках ТСС ИНЖИНИРИНГ по агентскому договору с ЧЛМЗ