Проектирование технологического процесса изготовления и упрочнения детали "Шток" соединительного узла компрессора
Анализ условий эксплуатации детали "Шток" соединительного узла компрессора. Выбор марки стали детали, разработка и обоснование технологического процесса термической обработки. Сущность и преимущества процесса упрочнения детали ионным азотированием.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 16.10.2012 |
| Размер файла | 15,2 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
проектирование технологического процесса изготовления и упрочнения детали «Шток» соединительного узла компрессора
Содержание
1. Реферат
2. Введение
3. Анализ условий эксплуатации детали
4. Обзор литературы
5. Требования, предъявляемые к материалам
6. Выбор материала детали и методы упрочнения
7. Маршрутная технология изготовления
8. Выбор и обоснование технологического процесса термической обработки
9. Выводы
Список использованной литературы
1. Реферат
Комплексный курсовой проект содержит страниц, рисунков, таблицы и источники литературы.
Темой данной работы является проектирование технологического процесса изготовления и упрочнения детали Шток соединительного узла компрессора.
Цель работы - повышение эксплуатационных характеристик детали Шток соединительного узла компрессора.
Ключевые слова:
шток, изнашивание, износостойкость, ковка, полный отжиг, термоулучшение, сорбит, ионное азотирование, аммиак.
Штоком называют деталь, применяемую для соединения поршня с крейцкопфом.
Способ получения заготовки - ковка.
Исходя из условий эксплуатации и технических условий, выбрана марка стали 38Х2МЮА.
2. Введение
Современное машиностроение характеризуется сложными условиями эксплуатации машин, связанными с высоким уровнем действующих напряжений, вибрациями, широким температурным интервалом, агрессивными средами и т.п. Поэтому необходимо соблюдение особых требований к материалам, в частности высокой надежности и долговечности деталей, из которых они выполнены. Материалы деталей, находящихся в условиях трения, должны обладать высокой износостойкостью. По статистике большинство машин (85-90%) выходят из строя в результате износа поверхностей отдельных деталей. Затраты на ремонт и техническое обслуживание машины в несколько раз превышают ее стоимость. Создание машин, не требующих капитальных ремонтов, позволяет сэкономить огромное количество финансовых средств, трудовых ресурсов, материалов.
Среди различных способов повышения сопротивляемости изнашиванию основными являются цементация, нитроцементация и азотирование. В настоящее время все большее применение находит азотирование, благодаря тому, что азотированные детали обладают в 1,5-4 раза более высокой износостойкостью, малой деформацией обрабатываемой детали, а так же из-за отсутствия необходимости дополнительной обработки после азотирования.
Процесс азотирования нашел особенно широкое применение в тех случаях, когда основной причиной изнашивания сопряженных деталей является сила трения. Под действием силы трения происходят многократные пластические деформации в зоне контакта и структурные изменения, приводящие к образованию и распространению трещин и разрушению поверхностного слоя. Практика исследования показала, что после азотирования изделие обладает повышенной твердостью, прочностью, износостойкостью, контактной выносливостью, стойкостью к задирам, сопротивлением усталости и коррозии. Технология азотирования достаточно проста, экологически безопасна, экономична и является, как правило, заключительным этапом обработки изделий. Эти преимущества обуславливают постепенный и непрерывный рост применения азотирования в различных областях промышленности. Особое место азотирование занимает в проблеме повышения работоспособности изнашивающихся сопряжений машин.
В связи с развитием промышленности усилилось загрязнение окружающей среды, поэтому рациональное использование природных ресурсов - дело государственного значения. Одной из актуальных задач стоящих перед организациями, эксплуатирующих насосную и компрессорную технику, является продление срока службы эксплуатируемых агрегатов. Различные материалы в том числе и высоколегированные стали применяемые для изготовления деталей компрессора связаны со значительными финансовыми затратами на их приобретение и обработку, что не всегда оправдывается с экономической точки зрения и не всегда соответствует необходимым техническим требованиям.
Компрессорами называются машины, предназначенные для сжатия и подачи газов и паров из пространства с меньшим давлением в пространство с большим давлением. Компрессоры относятся к тепловым машинам; в них механическая энергия двигателя превращается в потенциальную энергию сжатого газа и в тепловую.
Поршневые компрессоры являются наиболее распространенным типом компрессорных машин. Они охватывают широкий диапазон производительностей и давлений, обесречивая сжатие различных по свойствам газов, вследствии чего отличаются большим разнообразием по своему конструктивному исполнению.
Поршневой компрессор 2ВМ2,5-12/9 представлен как компрессорный агрегат крейцкопфного типа и имеет две ступени сжатия, изготовленный на базе компрессоров М2,5. Воздушный компрессор 2ВМ2,5-12/9 имеет привод от электрического асинхронного двигателя, газоохладители компрессорной установки (промежуточные) находятся над рабочими цилиндрами данной модели, а в свою очередь конечный газоохладитель расположен непосредственно на фундаменте, недалеко от компрессорной установки.
Данный вид компрессоров активно используется для выработки и сжатия воздуха, а последствие технических процессов нагнетания рабочего давления до 0,8 - 1,2 МПа. Компрессоры 2ВМ2,5-12/9 превосходно справляются со своими поставленными задачами на предприятиях машиностроения, металлургической промышленности и иных отраслях производства. Как правило, компрессоры 2ВМ2,5-12/9 выполняют функцию нагнетателя сжатого воздуха для дальнейшей подачи его потребителям по пмевмосети.
В настоящее время, проявлен повышенный интерес к конкретному типу компрессоров. Изготовителем предусмотрено исполнение компрессоров 2ВМ2,5-12/9 со смазкой сальников и рабочих цилиндров, есть модификации без таковой, так называемая «сухая» модификация - компрессор 2ВМ2,5-12/9С, что в свою очередь обеспечивает на выходе компрессорной установки сухой и относительно чистый воздух, который практически не содержит масло.
Качество и надежность компрессоров 2ВМ2,5-12/9 это далеко не все положительные критерии компрессорных установок данной базы, ресурс компрессора 2ВМ2,5-12/9 который рассчитан изготовителем - более 150000 часов эксплуатации в рабочем режиме. Компрессор 2ВМ2.5-12/9 по своим показателем имеет невысокий показатель потребления электроэнергии, чем создает еще более повышенный спрос и заинтересованность к конкретному модельному ряду поршневых, двухступенчатых компрессоров общего назначения.
3. Анализ условий эксплуатации детали
Штоком называют деталь, применяемую для соединения поршня с крейцкопфом.
В современных конструкциях компрессоров применяют в основном односторонние штоки, которые представляют собой цилиндрическую деталь с участками различного сечения по длине. На переднем конце штока (со стороны крейцкопфа) выполнена резьба, с помощью которой он закрепляется в резьбовом отверстии крейцкопфа. Для фиксации поршня на штоках предусматривают упорный цилиндрический бурт и специальную гайку, навинчиваемую на задний конец штока (со стороны поршня) до упора в торцевую поверхность поршня. Переход от бурта к штоку выполняют по плавному радиусу с заглублением в тело бурта и штока. Для обеспечения герметичности применяют глухую гайку с притиркой ее торцевой поверхности по поршню, либо уплотняют посредством угловой прокладки в сопряжении гайка--шток--поршень. Особое внимание необходимо уделять фиксации гайки, самоотвинчивание которой может привести к серьезной аварии. Гайка, навинченная на шток, фиксируется на поршни только при условии, что поршень в свою очередь зафиксирован на штоке, так как в противном случае возможно самоотвинчивание гайки с одновременным проворачиванием поршня. Если поршень не зафиксирован, то самоотвинчивание гайки предотвращают стопорением ее на штоке. Для этого на штоке предусматривают паз, в который отгибают закраину гайки, выступающую над ее торцевой поверхностью.
Посадка поршня на шток осуществляется свободно или с натягом. В последнем случае для обеспечения герметичности в соединении производят притирку поршня и бурта штока. Отсутствие герметичности по штоку при дисковом поршне может привести к перетечкам газа из передней полости в заднюю и наоборот, а при наличии у поршня разрезной ступицы внутренняя полость поршня может играть роль дополнительного мертвого пространства ступени. Последнее особенно важно на ступенях высокого давления.
Крепление поршня на штоке должно быть напряженным в целях исключения возникновения осевого зазора и возможности ударов между упорным буртом или гайкой штока и поршнем под действием нагрузок, при которых шток растянут, а поршень сжат. Образованию зазора способствует различие температурных деформаций штока и поршня. Площадь упорной поверхности бурта выбирают исходя из давления газа на поршень. Резьбу на штоке для уменьшения концентрации напряжения выполняют мелкой и со скругленными впадинами. Для увеличения прочности штока резьба выполняется путем накатки после термической обработки. По условиям работы сальника шток изготавливают с поверхностным упрочнением, а затем шлифуют и полируют. Для повышения поверхностной твердости и износоустойчивости производят азотирование.
В отдельных конструкциях компрессоров для сокращения осевого размера и компенсации технологических погрешностей применяют штоки, у которых передний конец выполнен в виде вилки, соединяющейся при монтаже непосредственно с пальцем крейцкопфа. Однако в этом случае требуется увеличение площади сечения пальца, поскольку при одинаковом усилии и большей его длине возрастают изгибные напряжения.
Штоки изготовляют из сталей 35, 40, 38ХА. Иногда применяются легированные стали с более высокими механическими свойствами. Штоки, подлежащие азотированию, изготовляют из сталей 35ХМЮА, 38ХМЮА или 35ХЮА.
4. Обзор литературы и патентов
Обзор патентов по применению нового прогрессивного метода упрочнения
Нами было рассмотрено огромное количество патентов, которые натолкнули нас на написание данной работы. Остановимся на некоторых из них.
1. Способ вакуумно-диффузионнго газорозрядного азотирования, которое проводят в вакууме и тлеющем разряде, что возникает между анодом, установленным в камере, или является самой камерой, наполненной азотирующим газом, и катодом, розмещенным в камере электрически изолированным от нее. /Пастух И.М./ Технологический университет Подолья / UA51906А; С23С8/26,14/56
Изобретение относится к химико-термической обработки металлов, в особенности к установке для вакуумно-диффузионной газорозрядной модификации поверхности металлов и металлических сплавов.
Задачей изобретения является изобрести способ вакуумно-диффузионнго газорозрядного азотирования, который обеспечивал бы улучшение свойств пластичности и снижение хрупкости поверхностных слоев. Поставленная задача решается за счет того, что последняя фаза обработки тлеющим разрядом на протяжении 5-30 минут производится в атмосфере аргона.
2. Многопозиционная установка для вакуумно-диффузионной газорозрядной модификации металлов. ./ Пастух И.М. / Технологический университет Подолья / UA51904А; С23С8/26,14/56
Задачей изобретения является изобрести многопозиционную установку для вакуумно-диффузионной газорозрядной модификации металлов, которая обеспечивала бы снижение металлоемкости и стоимости установки, ее рациональное использование при улучшении условий обслуживания.
Суть изобретения объясняется чертежом многопозиционной установки.
5. Требования, предъявляемые к материалам
Надёжность и долговечность штоков зависит от способа формообразования заготовки, механических свойств металла, конфигурации, размеров, точности изготовления, чистоты поверхности, монтажа, способа упрочнения, условий эксплуатации и ряда других факторов.
Изготовляя шток из поковки, необходимо соблюдать следующие требования:
1. Поковка не должна иметь флокенов, расслоений, трещин, закатов, плен, песочин, волосовин и других дефектов, влияющих на прочность.
2. Дефекты на поверхностях поковок, подлежащих механической обработке, допускаются без удаления, если глубина их, определяемая контрольной вырубкой или зачисткой, такова, что на механическую обработку остаётся не менее 25% одностороннего номинального припуска.
3. Поковки, которые после термической обработки правили в холодном или нагретом состоянии должны быть подвергнуты отпуску для снятия остаточных напряжений.
4. После предварительной механической и окончательной термической обработки контролировать ультразвуковой дефектоскопией в объеме 100%. Методика контроля по ГОСТ26-01-134-81
5. Контролировать магнитной дефектоскопией по ГОСТ21.105-87, уровень чувствительности А; место под резьбу контролировать до нарезки резьбы.
К геометрии штока предъявляют следующие требования:
1. резьбы штока выполнять по ГОСТ24705-81 методом накатки.
2. дефекты с эквивалентной площадью более 3мм не допускаются.
3. искривление оси штока или радиальное биение штока не более 0,07мм/м.
4. контакт притертых поверхностей не менее 80. Радиальные разрывы не допускаются.
На всех поверхностях штока не допускаются трещины, волосовины, забоины и другие дефекты, снижающие прочность детали.
Резьба штока должна быть без забоин, трещин, задиров, сорванных ниток и других дефектов.
При изготовлении штока из проката заготовка должна удовлетворять следующим требованиям:
1. на наружной поверхности заготовки не допускаются местные дефекты, если глубина их, определённая, превышает для заготовок диаметром более 100 мм величины допуска на данный размер, а для заготовок менее 100 мм - величины минусового допуска на размер.
2. в заготовках не допускаются усадочные раковины, рыхлости, пузыри, расслоения, трещины, неметаллические включения и флокены.
Для повышения конструкционной прочности заготовки из легированных сталей предпочтительно подвергать термообработке - улучшению.
Проверяют микроструктуру нормализованных сталей и отпущенных, углеродистых и легированных. Величина зерна должна быть не крупнее №4 (ГОСТ 1778-61). Поковки для штоков заказывают по 4 группе и соответствующей категории прочности.
Поверхность штока, работающая на износ, должна быть упрочнена:
1.Для штоков из сталей 38ХМЮА, 38Х2МЮА, 35ХЮА поверхностное упрочнение достигается азотированием на глубину 0,25 - 0,35 мм до твёрдости HV 950 - 1100. разность твёрдостей на одной азотированной поверхности не должна превышать НV 80.
2. Для штоков из сталей 35, 40 и 45 производится поверхностная закалка до твёрдости HV460 - 600. Разность твёрдости на одной поверхности не более HV90 - 120.
3. Для штоков из стали 40ХНМА поверхностное упрочнение достигается нитроцементацией на глубину 0.5 мм до твердости HV 600. Разность твердости на одной поверхности не должна превышать HV80.
Изготовляя втулки необходимо соблюдать следующие требования:
1. 167…207 НВ
2. Н14, h14. ±t2/2
3. Контакт притертых поверхностей не менее 80% ширины поверхности. Радиальные разрывы не допускаются.
6. Выбор материала детали и методы упрочнения
От правильного выбора материала и режимов термической обработки зависят многие технические свойства готовой детали - твердость, износостойкость, контактная выносливость, предел усталости, ударная вязкость и другие механические свойства.
Шток работает в условиях переменного погружения на растяжение-сжатие и испытывает изгибающие напряжения. В связи с этим для изготовления штока рассматривались несколько марок сталей, которые наиболее подходят к вышеописанным требованиям.
Сталь 40 - среднеуглеродистая сталь, применяемая после нормализации, улучшения и поверхностной закалки для самых разнообразных деталей во всех отраслях машиностроения. Эта сталь в нормализованном состоянии по сравнению с низкоуглеродистыми имеет более высокую прочность при более низкой пластичности. В отожженном состоянии хорошо обрабатывается резанием. Применяется для изготовления небольших или крупных деталей, но не требующей сквозной прокаливаемости.
Стaль 38Х2МЮА подлежит азотированию, благодаря которому приобретает особенно высокую твердость и износостойкость. Одновременное присутствие алюминия, хрома и молибдена позволяет увеличивать твердость азотированного слоя до HV 1200.
Сталь 40ХНМА - конструкционная сталь, подлежащая нитроцементации, в результате которой на поверхности образуются сложные карбиды и нитриды, увеличивающие износостойкость и имеющие твердость до HV1400.
Для использованных материалов данные о химическом составе, механических свойствах, рекомендованных режимах термической обработки представлены в таблице 5.1 и таблице 5.2. [3]
Ведение в сталь легирующих элементов оказывает большое влияние на фазовые превращения. Все легирующие элементы тормозят рост зерна аустенита при нагреве. Поэтому легированная сталь может обрабатываться в более широком интервале температур, чем углеродистая, не опасаясь перегрева.
Таблица 5.1 - Механические свойства и усталостная прочность сталей
Таблица 5.2 - Химический состав применяемых сталей
Для изготовления штока используем сталь 38Х2МЮА.
Температура критических точек
|
Ас1=800 |
Ас3=865 |
Аr3=740 |
Ar1=665 |
Mn=330 |
Влияние легирующих элементов на свойства сталей.
Сталь является многокомпонентным сплавом, содержащим углерод и ряд постоянных или неизбежных примесей Мn, Si, S, С, О, Н, N, которые оказывают влияние на её свойства. Присутствие этих примесей объясняется трудностью удаления части из них при выплавке, переходом их в сталь в процессе раскисления или из шихты - легированного металлического лома. Эти же примеси, но в больших количествах, присутствуют и в чугунах.
Легирующие элементы при введении в сталь могут образовывать с железом твердые растворы, легированный цементит или самостоятельные специальные карбиды, интерметаллические соединения.
Влияние легирующих элементов на полиморфные превращения железа.
Все элементы, за исключением углерода, азота, водорода и отчисти бора, образуют с железом твёрдые растворы замещения. Они растворяются в железе и влияют ни положение точек А3 и А1 определяющих температурную область существования б- и г- железа.
Влияние хрома
Хром является элементом, влияющим эффективно на изменение механических и физических свойств стали. Растворяясь в феррите и образуя прочные карбиды, а также оказывая заметное влияние на дисперсность получаемой структуры и коагуляцию структурных составляющих, он повышает твердость и прочность стали, пределы упругости и текучести, не снижая пластических свойств.
Влияние хрома различно для разных структурных составляющих стали Влияния, оказываемое хромом на твердость феррита невелики. Наиболее резко хром повышает твердость и прочность мартенсита.
Вследствие увеличения дисперсности структуры легирование хромом стали способствует некоторому повышению классических свойств (поперечного сужения, удлинения и ударной вязкости). Однако увеличение содержания хрому свыше 1,0-1,5% снижает ударную вязкость.
Хром оказывает значительное влияние на физические свойства стали: уменьшает удельный вес и значительно понижает теплопроводность. Хром повышает устойчивость стали против корродирующего действия биосферы и некоторых кислот при комнатной, а также при повышенных температурах.
Хром повышает температуры нагрева стали под отжиг, закалку и уменьшает требуемую критическую скорость охлаждения при закалке вследствие увеличения способности аустенита к переохлаждению. Чем выше температура закалки, тем ниже твердость непосредственно после закалки вследствие увеличивающихся количеств остаточного аустенита, но тем выше может быть твердость, получаемая после отпуска.
Хром повышает прокаливаемость стали тем в большей степени, чем выше его содержание в стали.
Хром повышает точки А3 и A1. По мере увеличения его содержания сдвигает кривую изотермического распада вправо, т. е. увеличивает устойчивость аустенита. При этом легирование стали карбидообразующими элементами (Сr, Мn) меняет характер изотермической кривой. В сталях, легированных этими
элементами, устойчивость аустенита с увеличением степени переохлаждения (ниже A1 уменьшается, достигает минимума около 600-650°С, а затем вновь возрастает.
Важное значение имеет влияние элементов на порог хладноломкости, что характеризует склонность стали к хрупкому разрушению. Наличие хрома в железе способствует некоторому повышению порога хладноломкости. Увеличение содержания в стали хрома или марганца до 1% практически не влияет на порог хладноломкости. Однако при больших концентрациях порог хладноломкости повышается.
Хром имеет большее сродство к азоту; при азотировании образуются нитриды CrN и Cr2N, способствующие повышению поверхностной твердости и некоторому уменьшению глубины нитроцементованного слоя.
Влияние молибдена
В термически необработанной стали молибден повышает твердость, временное сопротивление разрыву, предел текучести и понижает удлинение, поперечное сужение и сопротивление удару. После закалки и отпуска увеличением содержания молибдена временное сопротивление и предел текучести стали возрастает; при этом удлинение и сужение площади остаются почти постоянными или снижаются очень незначительно.
Молибден влияет очень эффективно на сохранение механических свойств при высоких температурах. Молибден также способствует повышению предела ползучести стали, уменьшает теплопроводность стали.
Молибден повышает химическую стойкость стали против действия серной, соляной кислот и некоторых щелочей.
Молибден повышает температуру нагрева под закалку, отжиг. При добавке в небольших количествах молибден уменьшает критическую скорость охлаждения при закалке. Вследствие увеличения устойчивости стали против отпуска, невосприимчивости к хрупкости после отпуска, уменьшения чувствительности к перегреву и росту зерна широко практикуется присадка Мо=0,15-0,25% ко многим маркам конструкционных нитроцементируемых и азотируемых сталей.
Влияние алюминия
Основные достоинства алюминия в это лёгкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость (на воздухе алюминий мгновенно покрывается прочной плёнкой Al2O3, которая препятствует его дальнейшему окислению), высокая теплопроводность, неядовитость его соединений.
Алюминий обладает малой плотностью, высокой тепло- и электропроводностью и малой прочностью. Он применяется как в чистом виде, так и в виде сплавов с марганцем (марки АМц), с магнием (типа АМг), кремнием (типа АК) и др. Сплавы алюминия обладают большей прочностью и поэтому получили применение как конструкционные материалы в промышленности и строительстве.
Коррозионная стойкость алюминия настолько высока, что алюминиевые конструкции можно применять без защитных покрытий.
Высокая отражательная способность, бактерицидность, немагнитность, отсутствие искрообразования при ударе, сравнительно низкие модули упругости и предел усталости, значительный коэффициент линейного расширения, высокие тепло- и электропроводность, хорошая демпфирующая способность - эти и некоторые другие характеристики также немаловажны, а в некоторых случаях становятся решающими при выборе материала для той или иной конструкции, но все же их влияние в общем случае проявляется не столь широко.
Влияние марганца и кремния
Марганец и кремний упрочняют феррит, резко снижают его вязкость.
Кремний замедляет процесс отпуска мартенсита и является полезным легирующим элементом для сталей, подвергающихся изотермической закалке. Стали, содержащие кремний, после изотермической закалки имеют высокую вязкость и пониженную чувствительность к надрезу.
Легирующие элементы повышают устойчивость мартенсита против отпуска и задерживают коагуляцию карбидов.
Влияние серы
Сера является вредной примесью в стали. С железом она образует химическое соединение FeS, которое практически нерастворимо в нем в твердом состоянии, но растворимо в жидком металле. Соединение FeS образует с железом легкоплавкую эвтектику с температурой плавления 988°С. Эта эвтектика образуется даже при очень малом содержании серы. Кристаллизуясь из жидкости по окончании затвердевания, эвтектика преимущественно располагается по границам зерна. При нагреве стали до температуры прокатки или ковки (1000-1200°С) эвтектика расплавляется, нарушается связь между зернами металла, вследствие чего при деформации стали в местах расположения эвтектики возникают надрывы и трещины. Это явление носит название, красноломкости (горячеломкость).
Сернистые включения снижают ударную вязкость (KCU) и пластичность (, ) в поперечном направлении вытяжки при прокатке и ковке, а также предел выносливости. Работа зарождения трещины не зависит от содержания серы, а работа развития вязкой трещины КСТ и вязкость разрушения К1с с увеличением содержания серы снижаются. Сера ухудшает свариваемость и коррозионную стойкость. Содержание серы в стали строго ограничивается; оно не должно превышать 0,035-0,06 %.
Влияние фосфора
Фосфор является вредной примесью, и содержание его в зависимости от качества стали допускается не более 0,025-0,045%. Растворяясь в феррите, фосфор сильно искажает кристаллическую решетку и увеличивает пределы прочности и текучести, но уменьшает пластичность и вязкость. Снижение вязкости тем значительнее, чем больше в стали углерода. Фосфор повышает порог хладноломкости стали и уменьшает работу развития трещины. Способность фосфора к сегрегации по границам зерен также способствует охрупчиванию стали.
7. Маршрутная технология изготовления
Шток получают методом ковки. Температура ковки: начала 1180єС, конца 850єС. Ковочные приводные пневматические молоты предназначены для изготовления поковок малого веса из прокатных заготовок. Допускают также ковку в подкладных штампах. Изготовляют пневматические молоты одностоечного типа с параллельно расположенными рабочим и компрессорным цилиндрами (в одной отливке со станиной). Управление осуществляется двумя совместно вращаемыми кранами (золотниками) с отдельным (средним) краном для холостого хода.
Ковку выполняют на плоских или других бойках с применением разнообразного кузнечного инструмента, преимущественно универсального. При этом верхний боек совершает возвратно-поступательное движение. Обработанная заготовка получает заданную форму постепенно при обжатии ее по частям. Продукт ковки -- кованая поковка любых размеров, простой или сложной формы -- не имеет достаточно чистой и ровной поверхности и точных размеров. Для получения из нее готовой детали обычно требуется поковку обработать со всех сторон на металлорежущих станках.
На рис.7.1 представлен ковочный пневматический молот, который предназначен для изготовления ковкой поковок.
Рисунок 7.1 Ковочный пнвматический молот
Упрошенная модель схемы маршрутной технологии приведена в схеме 7.1, в которой представлена последовательность выполнения основных операций, цех или участок, которые исполняют данную операцию и её основное назначение.
Схема 7.1 Маршрутная технология изготовления штока
8. Выбор и обоснование технологического процесса термической обработки
В общем виде технологический процесс изготовления азотируемых изделий может быть представлен в виде следующих последовательных этапов:
1) предварительная термическая обработка с целью сообщения стали требуемого комплекса механических свойств и структуры для механической обработки;
2) термоулучшение;
3) механическая обработка детали, включая шлифование;
4) защита мест, не подлежащих азотированию;
5) азотирование;
6) полировка.
Термическая обработка штоков
Первое, что необходимо сделать - это отжечь заготовку для получения равновесной структуры. Отжигом называют термообработку, направленную на получение в металах равновесной структуры. Любой отжиг включает в себя нагрев до определенной температуры, выдержку при этой температуре и последующее медленное охлаждение. Цель отжига - уменьшить внутренние напряжения в металле, уменьшить прочностные свойства и увеличить пластичность. Для доэвтектоидной стали в основном применяют полный отжиг. При таком отжиге происходит полная смена структуры стали, что позволяет устранить все дефекты.
Загружаем детали в печь при температуре 850°С. Полный отжиг производится с нагревом стали до температуры, превышающей точку Ас3 ,в нашем случае до температуры 850-870°С, делаем выдержку 2-3 часа с последующим медленным охлаждением вместе с печью. Медленное охлаждение вызывает полное равновесное превращение А в Ф + П. В результате получается максимально возможная пластичность, минимальная твердость и прочность и полное снятие внутренних напряжений. Если внутренние направления не имеют значения то после охлаждения с печью до 500°, дальнейшее охлаждение можно вести на воздухе.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 6.1 - Структура стали 38Х2МЮАх400 (светлые поля - феррит, темные - перлит).
Выбираю печь СШО - 6.12/10 производительностью 150 кг/ч.
После отжига проводим закалку.
Закалка - это термообработка, направленная на получение в сплаве максимально неравновесной структуры и соответственно аномального уровня свойств. Любая закалка включает в себя нагрев до заданной температуры, выдержку и последующее быстрое резкое охлаждение.
Штоки загружаем в печь при температуре 700°С , нагреваем до 930-950°С, выдерживаем 60-90 мин и охлаждаем в воде.
По температуре нагрева различают виды закалки:
- полная, с температурой нагрева на 30…50oС выше критической температуры А3
.
Применяют ее для доэвтектоидных сталей. Изменения структуры стали при нагреве и охлаждении происходят по схеме:
.
- неполная закалка доэвтектоидных сталей недопустима, так как в структуре остается мягкий феррит. Изменения структуры стали при нагреве и охлаждении происходят по схеме:
Т.к. сталь 38Х2МЮА является доэвтектоидной, проводим полную закалку.
Нагрев под закалку произвожу в шахтных печах СШЗ-6.12/10 производительностью 150 кг/ч.
Состояние закаленных деталей отличаются очень сильной неравновесностью структуры. Это обусловлено повышенной концентрацией углерода в твердом растворе, высокой плотностью дефектов кристаллического строения, а также внутренними напряжениями, строениями и термическими.
Из-за этого закаленная сталь хотя и обладают высокой прочностью и твердостью, одновременно с этим имеет практически нулевой запас вязкости. Ударные нагрузки могут вызвать быстрое разрушение деталей. Кроме того, переход неравновесной структуры закаленной стали в более стабильную может происходить с течением времени самопроизвольно под воздействием окружающей температуры или внешних нагрузок. Поэтому всегда закаливание детали подвергается дополнительной термообработке - отпуску. В данном случае мы проводим высокий отпуск.
Высокий отпуск применяется для деталей, в которых необходимо сочетание высокой ударной вязкости и достаточной прочности - это детали машин, работающие с ударными и знакопеременными нагрузками. При этом образуется сорбит. Сорбит представляет собой зёрна феррита с огромным количеством точечных и округлых выделений карбидов, равномерно распределенных по объему стали.
Загружаем деталь в печь при температуре ?560°С, нагреваем до 560-580°С, делаем выдержку 6-8 час. и охлаждаем на воздухе (или в воде). Твердость 293-331 НВ.
Применяю шахтную электрическую печь СШО - 6.12/7 производительностью 100 кг/ч.
Рисунок 6.2-Сорбит х400
Сочетание полной закалки и высокого отпуска называется термическим улучшением стали. Такой термообработке обычно подвергают стали содержащие 0,3 = 0,6 %С. Поэтому такие стали часто называют улучшаемыми.
Т.к. в дальнейшем мы проводим механическую обработку, то необходимо сделать стабилизирующий отпуск при температуре 600-620°С с выдержкой 3-4 часа и охлаждением на воздухе.
Завершающей операцией является ХТО - ионное азотирование, которое мы проводим при температуре 540єС - 550 єС на толщину азотированного слоя 0,3 мм и 946 НV. Ионное азотирование, применяемое для рабочих инструментов, деталей машин, оборудования для штамповки и литья, обеспечивает насыщение поверхностного слоя изделия азотом или азотно-водородной смесью (в зависимости от материала заготовки). Установки для ИА работают в разряженной атмосфере при давлении до 1000 Па. В камеру, действующую по принципу катодно-анодной системы, подается азотно-водородная смесь для обработки чугуна и различных сталей или чистый азот в качестве рабочего газа для работы с титаном и его сплавами. Катодом служит заготовка, анодом - стенки камеры. Возбуждение аномально тлеющего заряда инициирует образование плазмы и, как следствие, активной среды, включающей в себя заряженные ионы, атомы и молекулы рабочей смеси, находящиеся в возбужденном состоянии. Низкое давление обеспечивает равномерное и полноценное покрытие заготовки свечением. Температура плазмы колеблется от 400 до 950 градусов в зависимости от рабочего газа.
Для ионного азотирования требуется в 2-3 раза меньше электроэнергии, а качество поверхности обработанного изделия позволяет вовсе исключить стадию финишной шлифовки.
Формирующаяся на поверхности пленка состоит из двух слоев: нижнего диффузионного и верхнего нитридного. Качество модифицированного поверхностного слоя и экономическая эффективность процесса в целом зависит от ряда факторов, включая состав рабочего газа, температуру и продолжительность процесса.
Обеспечение стабильной температуры упирается в процессы теплообмена, происходящие непосредственно внутри камеры для ИА. Для снижения интенсивности обменных процессов со стенками камеры используются специальные, непроводящие тепло экраны. Они позволяют значительно сэкономить на потребляемой мощности. Температура процесса вкупе с длительностью влияют на глубину проникновения нитридов, что вызывает изменения в графике глубинного распределения показателей твердости. Состав активной среды влияет на конечную твердость и размер нитридной зоны и зависит от состава обрабатываемого изделия.
Рисунок 6.3 Процессы на поверхности катода и анода при ионном азотировании сталей
Азотирование в тлеющем разряде проводят в разреженной азотсодержащей атмосфере (аммиак или хорошо очищенный азот) при подключении обрабатываемых деталей к отрицательному электроду (катоду). Между деталью (катодом) и анодом возбуждается тлеющий разряд, и положительные ионы газа, бомбардируя поверхность катода, нагревают ее до температуры насыщения. Процесс ионного азотирования реализуется в две стадии: I -- очистка поверхности катодным распылением; II -- собственно насыщение.
Катодное распыление проводится в течение 5--60 мин при напряжении 1100-1400 В и давлении 0,1-0,2 мм рт. ст. В процессе катодного распыления
температура детали не превышает 250° С. Температура азотирования 500-580° С, разрежение 1--10 мм рт. ст., рабочее напряжение 400-1100 В, продолжительность процесса 1-24 ч.
На рис.3.1.2 приведена схема процессов, имеющих место при азотировании в плазме тлеющего разряда. При азотировании ионы азота под действием энергии электростатического поля приобретают скорость, вектор которой направлен нормально к катоду (детали). При бомбардировке катода кинетическая энергия иона расходуется на нагрев поверхности (Ет) и отрыв электронов и атомов железа Ер (в частности, на катодное распыление). Атомы железа в плазме тлеющего разряда соединяются с азотом, существующим в различных состояниях возбуждения, образуя нитрид железа, который адсорбируется на поверхности катода. Напыленный слой нитридов под действием ионной бомбардировки разлагается с получением низших нитридов железа и б-раствора (FеN > Fе2N > Fе3N > Fе4N > б).
Полученный при распаде низшего нитрида азот диффундирует в поверхностный слой металла, образуя зону внутреннего азотирования, а железо, обедненное азотом, вновь распыляется в плазму. Процессы образования нитридов в прикатодном пространстве и их осаждение на катоде непрерывно повторяются. Следовательно, нитридные фазы, конденсирующиеся на поверхности катода, являются наряду с газовой фазой источником азота.
Структуру и фазовый состав можно регулировать изменением давления и состава насыщающей атмосферы. В аммиачной плазме наибольшая толщина слоя при 520-570° С достигается на сталях 08, 40Х и 38Х2МЮА при давлении 2 мм рт. ст. (рис. 3.1.3), а при 650° С - 6 мм рт. ст. Введение в аммиачную плазму аргона (5-15% NH8 и 95-85об% Аr) позволяет получить азотированный слой, cостоящий только из б-фазы и легированных нитридов (рис. 6.4).
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Азотирование в смеси аммиака и пропана (8-12 об%) приводит к образованию на поверхности хорошо развитой карбонитридной зоны. При содержании пропана в смеси 40 об. % и более взаимодействие плазмы с поверхностью изделия прекращается (рис. 3.1.3, б).
При ионной бомбардировке достигается идеальная депассивация поверхности за счет удаления окисных пленок в процессе катодного распыления [8].
Для защиты поверхности от азотирования применяют специальные экраны или гальваническое покрытие никелем (10-15 мкм).
Применяю вакуумную колпаковую электропечь ионного нагрева производительностью 80 кг/ч.
Рисунок 6.5 Микоструктура азотированного слоя х100
Таблица 6.1 Ведомость оборудования
|
п.п. |
Наименование оборудования |
Выбор оборудования |
Произво-дительность, кг/ч |
|||
|
Тип печи |
Размер рабочего пространства, м |
Наружные габариты, м |
||||
|
1 |
Отжиг |
СШО- 6.12/10 |
Ш 0,6Ч1,2 |
2,8Ч2,7Ч4,0 |
150 |
|
|
2 |
Закалка |
СШЗ 6.12/10 |
Ш 0,6Ч1,2 |
2,8Ч2,7Ч3,8 |
150 |
|
|
3 |
Закалочные баки |
ЗБ |
||||
|
4 |
Отпуск |
СШО 6.12/7 |
Ш0,6х1,2 |
2,8Ч2,7Ч4,0 |
100 |
|
|
5 |
Стаб. отпуск |
СШО 6.12/7 |
Ш0,6х1,2 |
2,8Ч2,7Ч4,0 |
100 |
|
|
6 |
Твердомер |
ТШ 2 |
||||
|
7 |
Азотиррвание |
НГВ-6.10/6-И1 |
Ш0,6Ч1,0 |
3,7Ч3,9Ч3,35 |
80 |
|
|
8 |
Микротвердомер |
ПМТ-3 |
||||
|
9 |
Электорозачист-ной станок |
ЭЗС |
Методы контроля
После предварительной механической и окончательной термической обработки штока контролируем ультразвуковой дефектоскопией в объеме 100%. Методика контроля по ОСТ26-01-134081.
Ультразвуковая дефектоскопия основана на использовании упругих колебаний, главным образом ультразвукового диапазона частот. Нарушения сплошности или однородности среды влияют на распространение упругих волн в изделии или на режим колебаний изделия. Основные методы: эхометод, теневой, резонансный, велосимметрический (собственно ультразвуковые методы), импедансный и метод свободных колебаний (акустические методы).
Наиболее универсальный эхометод основан на посылке в изделие коротких импульсов ультразвуковых колебаний и регистрации интенсивности и времени прихода эхосигналов, отражённых от дефектов. Для контроля изделия датчик эходефектоскопа сканирует его поверхность. Метод позволяет обнаруживать поверхностные и глубинные дефекты с различной ориентировкой. Созданы промышленные установки для контроля различных изделий. Эхосигналы можно наблюдать на экране осциллоскопа или регистрировать самозаписывающим прибором. В последнем случае повышаются надёжность, объективность оценки, производительность и воспроизводимость контроля. Чувствительность эхометода весьма высока: в оптимальных условиях контроля на частоте 2-4 МГц можно обнаруживать дефекты, отражающая поверхность которых имеет площадь около 1 мм2.
При теневом методе ультразвуковые колебания, встретив на своём пути дефект, отражаются в обратном направлении. О наличии дефекта судят по уменьшению энергии ультразвуковых колебаний или по изменению фазы ультразвуковых колебаний, огибающих дефект.
Ультразвуковая дефектоскопия, использующая несколько переменных параметров (частотный диапазон, типы волн, режимы излучения, способы осуществления контакта и др.), является одним из наиболее универсальных методов неразрушающего контроля.
Контролируем магнитной дефектоскопией по ОСТ21.105-87, уровень чувствительности А; место под резьбу контролируем до нарезки резьбы.
Магнитная дефектоскопия основана на исследовании искажений магнитного поля, возникающих в местах дефектов в изделиях из ферромагнитных материалов. Индикатором может служить магнитный порошок (закись-окись железа) или его суспензия в масле с дисперсностью частиц 5-10 мкм. При намагничивании изделия порошок оседает в местах расположения дефектов (метод магнитного порошка). Поле рассеяния можно фиксировать на магнитной ленте, которую накладывают на исследуемый участок намагниченного изделия (магнитографический метод). Используют также малогабаритные датчики (феррозонды), которые при движении по изделию в месте дефекта указывают на изменения импульса тока, регистрирующиеся на экране осциллоскопа (феррозондовый метод).
Чувствительность метода магнитной дефектоскопии зависит от магнитных характеристик материалов, применяемых индикаторов, режимов намагничивания изделий и др. Методом магнитного порошка можно обнаруживать трещины и др. дефекты на глубине до 2 мм , магнитографическим методом контролируют главным образом сварные швы трубопроводов толщиной до 10-12 мм и обнаруживают тонкие трещины и непровар. Феррозондовый метод наиболее целесообразен для обнаружения дефектов на глубине до 10 мм и в отдельных случаях до 20 мм в изделиях правильной формы. Этот метод позволяет полностью автоматизировать контроль и разбраковку. Намагничивание изделий производится магнитными дефектоскопами, создающими магнитные поля достаточной напряжённости. После проведения контроля изделия тщательно размагничивают.
Методы магнитной дефектоскопии применяют для исследования структуры материалов (магнитная структурометрия) и измерения толщины (магнитная толщинометрия). Магнитная структурометрия основана на определении основных магнитных характеристик материала (коэрцитивной силы, индукции, остаточной намагниченности, магнитной проницаемости). Эти характеристики, как правило, зависят от структурного состояния сплава, подвергаемого различной термической обработке. Магнитную структурометрию применяют для определения структурных составляющих сплава, находящихся в нём в небольшом количестве и по своим магнитным характеристикам значительно отличающихся от основы сплава, для измерения глубины цементации, поверхностной закалки и т.п. Магнитная толщинометрия основана на измерении силы притяжения постоянного магнита или электромагнита к поверхности изделия из ферромагнитного материала, на которую нанесён слой немагнитного покрытия, и позволяет определять толщину покрытия.
Измерение твердости
Требования к подготовке материала образцов. Поверхностный слой должен по возможности полно характеризовать материал, твердость которого необходимо определить. Все поверхностные дефекты (окалина, выбоины, вмятины, грубые риски и др.) должны быть удалены. Требования к качеству испытуемой поверхности зависят от применяемого индентора и величины прилагаемой нагрузки. Чем меньше глубина вдавливания индентора, тем выше требуется чистота поверхности и тем более строго нужно следить, чтобы свойства поверхностного слоя не изменялись вследствие наклепа или разогрева при шлифовании и полировке. Испытуемая поверхность должна быть перпендикулярна ося вдавливаемого индентора, и для выполнения этого условия используют специальные опорные столики или приспособления.
При измерении твердости по Бринеллю (ГОСТ 9012-59) стальной шарик диаметром D (1; 2; 2,5; 5 и 10 мм) вдавливают в испытуемый образец (рис.1), действия приложенной определенное время (10 с) нагрузкой Р (625-30000 Н), после снятия которой измеряют диаметр d оставшегося на поверхности образца отпечагка В поверхностном слое под нндентором происходит интенсивная пластическая деформация и вытеснение материала из-под индентора, что может искажать форму отпечатка Диаметр отпечатка получается тем меньше, чем больше сопротивление материала образца деформации, производимой индентором. Число твердости по Брннеллю (НВ, H/мм2) есть отношение нагрузки Р, действующей на шаровой нндентор диаметром D, к площади Р шаровой поверхности отпечатка, т.е.
Из формулы следует, что для получения одинаковых значений НВ одного итого же образца при использовании шариков разного диаметра необходимо постоянство соотношений Р/D2 и d/D2, чего на практике добиться невозможно.
Соотношение d/D2 поддерживают в пределах 0,2-0,6. Дня получения отпечатка оптимальных размеров необходимо правильно подобрать соотношение между нагрузкой и диаметром. Продолжительность выдержки под нагрузкой составляет от 10 до 30 сек. Определение твердости производят по результатам трех измерений. Схема устройства прибора Бринелля приведена на.рис.6.6
Рисунок 6.6 Схема прибора ШІ-2 для определения твердости по БринеллЮ: 1 - маховик", 2 - подъемный винт, 3 - шкала для задания времени выдержки под нагрузкой; 4 - кнопка-выключатель; 5 * опорный столик; б - шпиндель для индикатора; 7 - упорный чехол; 8 - втулка; 9 - пружина; 10 - шпиндель; 11 - сигнальная лампа; 12, 15 - рычаги; 13 -серьга; 14 - микропереключатель; 16 -вилка; 17 - шатун; 18 - грузы; 19 - кривошия; 20- редуктор; 21 - электродвигатель
Шаровой индентор чаще всего изготавливают из стали с твердостью не менее 8500 МПа для испытания материалов с твердостью от 8 НВ до 450 НВ. При большей твердости образца статной шарик - индентор остаточно деформируется на величину, пре-вышающую стандартизованный допуск. Поэтому для измерения твердости по Бринеллю материалов с > 450 НВ используют шарики из твердого сплава с твердостью ? 15000 МПа Число твердости, определяемое с использованием таких инденторов, обозначают HBW.
Диаметр отпечатка от воздействия индентора измеряют специальной лупой МПБ-2, на которой имеется шкала с ценой деления 0,1 мм. Схема измерения приведена на рис.6.7
Подобные документы
Анализ технологического процесса механической обработки детали "Шток". Обоснование выбора станочного приспособления, металлорежущего и измерительного инструментов. Определение типа производства и организационных условий труда. Расчёт режимов резания.
курсовая работа [5,7 M], добавлен 21.06.2011Изучение и анализ технологического процесса изготовления детали. Характеристика материала. Анализ и выбор механической обработки детали. Выбор процесса и технологии термической обработки детали с учетом требований технических условий. Методы контроля.
отчет по практике [1,4 M], добавлен 08.11.2012Технические требования и определение технических заданий при изготовлении детали "шток". Тип производства и форма организации работы. Способ получения заготовки, операции при ковке. Вариант технологического маршрута механической обработки детали.
курсовая работа [79,2 K], добавлен 12.02.2010Разработка оптимального варианта технологического процесса изготовления детали "пробка", с учетом технических требований предъявляемых к показателям детали и на основании чертежа детали, исходных данных чистоты обработки и марки используемых материалов.
курсовая работа [69,6 K], добавлен 15.10.2010Анализ служебного назначения детали, физико-механических характеристик материала. Выбор типа производства, формы организации технологического процесса изготовления детали. Разработка технологического маршрута обработки поверхности и изготовления детали.
курсовая работа [76,5 K], добавлен 22.10.2009Основные технико-экономические показатели технологического процесса изготовления детали "Подставка". Конструкторский анализ детали. Материал детали и его свойства. Выбор и обоснование методов получения заготовок для основной и перспективной программ.
курсовая работа [144,9 K], добавлен 29.07.2010Описание и характеристика изготавливаемой детали. Анализ технологичности конструкции детали. Проектирование технологического процесса механической обработки. Разработка управляющей программы. Техническое нормирование операций технологического процесса.
курсовая работа [490,9 K], добавлен 22.11.2009Назначение и функции детали "Диск". Технические требования к детали. Материал и технологические свойства. Описание и определение типа производства, выбор заготовки. Разработка технологического процесса, нормирование механической обработки детали.
курсовая работа [818,9 K], добавлен 14.05.2014Служебное назначение и конструкция детали "Корпус 1445-27.004". Анализ технических условий изготовления детали. Выбор метода получения заготовки. Разработка технологического маршрута обработки детали. Расчет припусков на обработку и режимов резания.
дипломная работа [593,2 K], добавлен 02.10.2014Проведение анализа технологичности и разработка технологического процесса изготовления детали "Корпус разъема". Обоснование метода получения заготовки и выбор способов обработки поверхностей детали. Расчет технологического маршрута изготовления детали.
курсовая работа [260,6 K], добавлен 05.11.2011
