Читайте данную работу прямо на сайте или скачайте

Технологический процесс термической обработки впускного клапана газораспределительного механизма

СОДЕРЖАНИЕ

1 Исходные данные для выполнения курсовой работы

2.2 Выбор типа производства

2.2 Выбор материала для изготовления детали

2.2.1 удовлетворение эксплуатационным требованиям

2.2.2 технологические требования

2.2.3 экономические требования

2.3 Обоснование способа получения заготовки

2.4 Разработка технологического маршрута изготовления детали

2.6 Разработка технологического процесса термической обработки

2.6.1 полный отжиг

2.6.2 цементация

2.6.3 закалка

2.6.4 низкий отпуск

3 Составление операционной карты

4 Список используемой литературы

1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Исходными данными для выполнения работы я вля ются : чертёж детали и технические словия на её изготовление. Марка материала, казанная на чертеже, рассматривается как словно-рекомендательная .

В данной курсовой работе используется материал 1ХГ2, где

18- 0,18% глерода

Х- 1% хрома

Г2- 2%а марганца

2.1 Выбор типа производства.

В машиностроении различают три типа производства: единичное, серийное и массовое.

В единичном производстве выпускают изделии широкой номенклатуры в небольших количествах или индивидуально. Изготовление однотипных деталей либо совсем не повторя ется , либо повторя ется через определённые промежутки времени. При изготовлении деталей, как правило, используется универсальное оборудование.

В серийном производстве изготавливают партии деталей, регуля рно повторя ющиеся через определенные промежутки времени. В зависимости от размера партий различают мелко- средне- и крупносерийное производство. В производстве используют специализированное оборудование.

Для массового производства характерно изготовление большого количества однотипных деталей на конвейерах с зкоспециализированным оборудованием.

В данном случае за основу берётся серийный тип производства.

2.2. ВЫБОР МАТЕРИАЛА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ

В данной части работы описываются словия работы детали при эксплуатации, выя вля ются основные факторы внешней среды, с которой контактирует деталь (температура, воздушная или газовая среда, словия смазки и т.д.) характер действующих нагрузок и качественная их оценка

Выбранный материал должен довлетворя ть эксплуатационным и экономическим требования м.

2.2.1 УДОВЛЕТВОРЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМ ТРЕБОВАНИЯМ

Выбранный материал должен обеспечивать длительную, эффективную работу детали в эксплуатационных словия х, то есть должен обеспечивать необходимую конструкционную прочность, выя вленную расчетами инженера конструктора. Он должен противостоя ть воздействию внешней окружающей среды (воздуха, воды, масла, кислоты, тепловым воздействия м и т.п.). Все это вместе определя ет комплекс необходимых физико-механических свойств, которыми должен обладать материал, назначаемый для изготовления конкретной детали, т.е. предел прочности, предел текучести, показатели пластичности δ, Ψ, коэффициент дарной вя зкости, предел выносливости, величина работы распространения трещин, контактная сталостная прочность, сопротивления износу, высоким и низким температурам и т.д.

2.2.2 ТЕХНАЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

С этой точки зрения материал должен довлетворя ть требования м максимальной трудоёмкости изготовления детали. В первую очередь он должен обладать хорошей обрабатываемостью режущим инструментом, различными методами обработки давлением. В ря де случаев для улучшения обрабатываемости приходится назначать предварительную термическую обработку заготовок (типа отжига). Выбранный материал должен иметь хорошую свариваемость, что обеспечит получение конструктивно прочной детали или зла при наименьших затратах.

2.2.3 ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

Материал должен обеспечить изготовление наиболее дешёвой конструкции, способной эффективно и длительно работать в различных эксплутационных словия х. В первую очередь нужно стремиться к использованию менее дорогой стали - глеродистой или низколегированной. Применение легированной стали может быть технически и экономически целесообразным и оправданным в том случае, если она даёт экономический эффект за счёт повышения долговечности деталей, меньшения массы конструкции, меньшения расхода запасных частей и, таким образом, экономии металла.

2.3 ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВКИ

В машиностроении и ремонтном производстве применя ются следующие виды заготовок: отливки, поковки и штамповки, также комбинированные (штампосварные, литые в сочетании со сваркой) и заготовки из сортового проката.

При выборе способа изготовления заготовки необходимо учитывать её материал, размеры, конструктивные формы, размеры и словия нагружения детали, также тип производства, для которого разрабатывается техпроцесс.

Выбранный метод должен быть экономически целесообразным.

Одним из производительных способов получения заготовок я вля ется штамповка на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ). Штамповкой называют процесс получения поковок, при котором формообразующую полость штампа, называемую ручьем, принудительно заполня ют металлом исходной заготовки и перераспределя ют его в соответствии с заданной чертежом конфигурацией.

Производительность до 400 поковок в час. Штамповкой на ГКМ получают поковки массой 0,1 - 100 кг с максимальным диаметром 315 мм. Кроме ГКМ в качестве оборудования для штамповки применя ют молоты и прессы.

Допуски и припуски на поковки регламентируются ГОСТ 7505-89.

На ГКМ изготавливаются следующие поковки: зубчатые колеса, шестерни, конические шестерни с валом; цилиндрические шестерни с валом, кольца, втулки, шестерни с фланцем и т. д.

В том случае, когда поковку невозможно технологически выполня ть на ГКМ, необходимо проектировать штамповку на кривошипных прессах. На прессах штампуют детали весом до 200 кг типа плоских поковок, шестерен, крестовин, ступенчатых валов, валов-шестерен, поворотных кулаков, рычагов, шатунов, коленчатых валов и т.д.

Штамповка на кривошипных прессах в Ч3 раза производительнее, припуски и допуски на 20-35% ниже по сравнению со штамповкой на молотах, расход металла поковки снижается на 10 Ч15%. Допуски и припуски заготовок, штампуемых на кривошипных прессах, принимают по ГОСТ 7505-95.

Применение объемной штамповки оправдано при серийном и массовом производстве. При использовании этого способа значительно повышается производительность труда, снижаются отходы металла, обеспечиваются высокие точность формы изделия и качество поверхности. Штамповкой можно получать очень сложные по форме изделия , которые невозможно получить приемами свободной ковки

Технологический процесс горя чей объемной штамповки

Технологический процесс изготовления поковки включает следующие операции: отрезка проката на мерные заготовки, нагрев, штамповка, обрезка облоя и пробивка пленок, правка, термическая обработка, очистка поковок от окалины, калибровка, контроль готовых поковок.

Перед штамповкой заготовки должны быть нагреты равномерно по всему объему до заданной температуры. При нагреве должны быть минимальными окалинообразование (окисление) и обезуглероживание поверхности заготовки.

Используются электроконтактные становки, в которых заготовка, зажатая медными контактами, нагревается при пропускании по ней тока; индукционные становки, в которых заготовка нагревается вихревыми токами; газовые печи, с безокислительным нагревом заготовок в защитной атмосфере.

Штамповку осуществля ют в открытых и закрытых штампах. В открытых штампах получают поковки длиненной и осесимметричной формы. В закрытых штампах - преимущественно осесимметричные поковки, в том числе из малопластичных материалов. Поковки простой формы штампуют в штампах с одной полостью. Сложные поковки с резкими изменения ми сечений по длине, с изогнутой осью и т.п. штампуют в многоручьевых штампах.

После штамповки в открытых штампах производя т обрезание облоя и пробивку пленок в специальных штампах, станавливаемых на кривошипных прессах (рис..1).

Рис. 1 Схемы обрезания облоя (а) и пробивки пленок (б)

Правку штампованных поковок выполня ют для устранения искривления осей и искажения поперечных сечений, возникающих при затрудненном извлечении поковок из штампа, после обрезания облоя , после термической обработки. Крупные поковки и поковки из высокоуглеродистых и высоколегированных сталей правя т в горя чем состоя нии либо в чистовом ручье штампа сразу после обрезания облоя , либо на обрезном прессе (обрезной штамп совмещается с правочным штампом), либо на отдельной машине. Мелкие поковки правя т на винтовых прессах в холодном состоя нии после термической обработки.

Термическую обработку применя ют для получения требуемых механических свойств поковок и облегчения их обработки резанием. Отжиг снимает в поковках из высокоуглеродистых и легированных сталей остаточные напря жения , измельчает зерно, снижает твердость, повышает пластичность и вя зкость. Нормализацию применя ют для странения крупнозернистой структуры в поковках из сталей с содержанием глерода до 0,4%.

Очистку поковок от окалины производя т для облегчения контроля поверхности поковок, меньшения износа металлорежущего инструмента и правильной установки заготовки на металлорежущих станках. На дробеструйных становках окалину с пковок, перемещающихся по ленте конвейера, сбивают потоком быстро летя щей дроби диаметром Е2 мм. В галтовочных барабанах окалина даля ется благодаря дарам поковок друг о друга и о металлические звездочки, закладываемые во вращающийся барабан.

Калибровка поковок повышает точность размеров всей поковки или отдельных ее частков. В результате этого последующая механическая обработка страня ется полностью или ограничивается только шлифованием. Различают плоскостную и объемную калибровку. Плоскостная калибровка служит для получения точных вертикальных размеров на одном или нескольких частках поковки. Объемной калибровкой повышают точность размеров поковки в разных направления х и лучшают качество ее поверхности. Калибруют в штампах с ручья ми, соответствующими конфигурации поковки.

№	Операция	Цех (участок)	Оборудование	Инструменты
1	Получение заготовки	Заготовительный	Гильотина, пилы, пресса, вулканиты	Пилы, ножи
2	Получение поковки	Кузнечный	Печи, пресса, штампы	Штампы, мерительный инструмент, кран-балки, конвеиры
3	Предварительная термическая обработка (полный отжиг)	Кузнечный	Печи, подъёмники, клещи	Клещи, твердомеры
4	Механическая обработка (черновая )	Механический цех	Токарные, фрезерные, строгальные, долбёжные станки	Фрезы, свёрла, резцы, зенкеры,
5	Упрочня ющая термическая обработка	Термический	Печи, становки, подъёмники	Твердомеры, микроскопы
6	Механическая обработка (чистовая )	Механический	Шлифовальные станки, доводочные механизмы, полировальные машины, становки для суперфиниширования	Микрометры, штангенциркуль, оптиметры, миллиметры, длинномеры, калибры
7	Инструментальный полный контроль по всем параметрам	Центрально заводская лаборатория	Шлифовальные станки, доводочные механизмы, полировальные машины, становки для суперфиниширования	Микрометры, штангенциркуль, оптиметры, миллиметры, длинномеры, калибры

2.4 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МАРШРУТА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ.

В объёме предлагаемой курсовой работы предлагается технологический маршрут изготовления детали представить в виде движения детали по отдельным цехам или часткам согласно технологическим операция м.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ МАРШРУ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ
2.6 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ.

2.6.1 Полный отжиг.

Основные цели полного отжига - устранение пороков структуры, возникших при предыдущей обработке (лить, горя чей деформации или сварке), смя гчение стали перед обработкой резанием и меньшение напря жений, для придания стали определенных характеристик. В целом отжиг рода проводя т для приближения системы к равновесию.

При полном отжиге доэвтектоидная сталь после нагрева выше критической точки А_C3 на 30 - 50 ºC (рис. 3) медленно охлаждается вместе с печью. Охлаждение при отжиге проводя т с такой малой скоростью (поря дка несколько градусов в минуту), чтобы аустенит распадался при небольшой степени переохлаждения . Так как превращение аустенита при отжиге полностью завершается при температурах значительно выше изгиба С-кривых, то отжигаемые изделия можно выдавать из печи на спокойный воздух при температурах 500 - 600 ºC, если не опасны термические напря жения .

Рис. 3. часток диаграммы Fe-Fe₃C c нанесенным интервалом

температур термической обработки:

- полный отжиг;

�� - нормализация .

Полный отжиг проводя т для снижения твердости, повышения пластичности и получения однородной мелкозернистой структуры.

Полный отжиг заключается в нагреве доэвтектоидной стали до температур на 30-50 С выше температуры Ас ₃ (чрезмерное повышение температуры выше этой точки приведет к росту зерна аустенита, что вызовет худшение свойств стали), выдержке для полного прогрева и завершения фазовых превращений в объеме металла и последующем медленном охлаждении. Для заэвтектоидных сталей такой отжиг с нагревом выше Аcm не пойдет потому что при медленном охлаждении после такого нагрева образуется грубая сетка вторичного цементита, худшающая механические свойства. Для доэвтектоидных сталей время нагрева и продолжительность обработки завися т типа печи, способа кладки, типа отжигаемого материала (лист, прокат,... ). Наиболее распространенная скорость нагрева составля ет ~ 100 C / ч, а продолжительность выдержки - от 0.5 до 1 часа на тонну изделия . Медленное охлаждение обусловлено необходимостью избежать образования слишком дисперсной ферритно - цементитной структуры и следовательно более высокой твердости. Скорость охлаждения зависит от устойчивости переохлажденного аустенита, следовательно, от состава стали. Ее регулируют, проводя охлаждение печи с закрытой или открытой дверцей, с полностью или частично выключенным обогревом.

При полном отжиге происходит полная фазовая перекристаллизация стали. При нагреве выше точки Ас ₃ образуется аустенит, характеризующийся мелким зерном, который при охлаждении дает мелкозернистую структуру, обеспечивающую высокую вя зкость, пластичность и получение высоких свойств после окончательной обработки.

Структура доэвтектоидной стали после полного отжига состоит из избыточного феррита и перлита.

Существует отжиг противоположный по целя м обычному отжигу. Это отжиг на крупное зерно с нагревом до 950-1100 ^оС, который применя ют для лучшения обработки резанием мя гких низкоуглеродистых сталей.

2.6.2 Цементация .

Цементация - процесс насыщения поверхностного слоя стали глеродом с целью повышения прочности, твёрдости и износостойкости поверхностного слоя .

За глубину цементованного слоя принимают расстоя ние от поверхности до переходной зоны.

Различают следующие виды цементации: цементация с применением твёрдого карбюризатора; газовая цементация с применением жидкого или газового карбюризатора.

Наиболее перспективным я вля ется газовая цементация . По сравнению с цементацией в твёрдом карбюризаторе она имеет следующие преимущества: значительно сокращается длительность процесса благодаря быстрому нагреву детали; возрастает пропускная способность оборудования , что ведёт к повышению производительности труда; лучшаются условия труда; поя вля ется возможность автоматизации процесса.

Газовая цементация может проводиться с применением жидкого и газового карбюризатора. В качестве жидкого карбюризатора, как правило, применя ется синтин, в качестве газового - эндогаз.

Синтин получают из окиси глерода и водорода, образующихся при переработке твёрдого топлива. Синтин - это бесцветная жидкость, содержащая 90% парафиновых предельных глеводородов. Скорость цементации при применении синтина повышается на 20% и на 50% понижается выделение сажи и кокса.

В шахтных печах жидкий карбюризатор подаётся капля ми, а имеющийся вентиля тор создаёт движение газового потока, и цементация протекает равномерно. Для уменьшения сажеобразования карбюризатор подают топливным насосом через форсунки в распылённом состоя нии. Оптимальный расход синтина составля ет 0,8л газа на 1см². Состав образующегося газа: СО 20...28%, Н₂ 55...75%, СН₄ 2...5%. Режим подачи синтина при насыщении определя ют опытным путём.

Для легированных сталей температура цементации применя ется выше точки Ас3, когда стойчив аустенит, способный растворить в больших количествах глерод.

При использовании жидкого карбюризатора эффективно применя ть комбинированный цикл насыщения для получения на поверхности цементованного слоя содержания глерода в пределах 0,8...1%. После цементации структура цементованного слоя приведена на рисунке 11.

Рис.11 Структура цементованного слоя

Расчёт времени нагрева и выдержки при цементации.

Глубина прочня емого слоя 1,Е1,4мм

Скорость насыщения 1мм/час

Цементацию проводя т в газе, получаемом при разложении синтина, при температуре 900

Охлаждение после цементации проводим на воздухе.

2.6.3 Закалка

Закалкой называется процесс термической обработки металлов, состоя щий в их нагреве и быстром (иногда постепенном) охлаждении. Закалка применя ется для повышения твердости, прочности и износоустойчивости. У некоторых металлов в процессе закалки повышается пластичность. Условия закалки для различных металлов, порой и различных изделий из одного и того же металла отличаются . Особое значение это имеет для закалки инструментов, поскольку они подвергаются различной нагрузке.

Технология закалки следующая : изделие нагревают до определенной температуры (для стали 1ХГ2 температура равна 900^оС) и некоторое время выдерживают. За этот период изделие равномерно прогревается . Далее следует охлаждение. Охлаждают изделие в воде, при необходимости к ней добавля ют поваренную соль, которая повышает эффективность закалки.

Температура воды для закалки должна быть на ровне 27-28

Очень важно, чтобы во время охлаждения температура воды или раствора оставалась почти неизменной. Контролировать это непросто. Емкость для охлаждения должна быть такой, чтобы масса помещающейся в ней воды была в 30-50 раз больше массы закаливаемого изделия . Тогда скачки температуры воды от погружения раскаленного металла будут менее значительны. Чтобы охлаждение изделия происходило быстрее, можно перемещать его в емкости в различных направления х.

Наиболее часто закалке подвергаются стальные изделия . Так, конструкционные стали обычно нагревают до 880-900

Конструкционные глеродистые стали используются в основном в изделия х, для которых особая прочность не требуется . Закалка мало способна повлия ть на изменение твердости этой стали. Эффективна закалка и для изделий, выполненных из глеродистой инструментальной стали. Эти стали содержат 0,7-1,5% глерода и отличаются высокой прочностью. Производить закалку инструментальной стали лучше при температуре 750-760

Нагревают заготовки вначале медленно (до 500

Для охлаждения стали после закалки помимо раствора поваренной соли можно использовать растительное или машинное масло. Чаще всего в масле охлаждают конструкционные и инструментальные стали. Детали сложной формы сначала охлаждают в воде (до 300-400

В среднем время пребывания заготовки в охладителе рассчитывается , исходя из соотношения : одна секунда на 5-6 мм сечения изделия . Для более интенсивного охлаждения изделие, погруженное в охладитель, надо постоя нно перемещать во всех направления х.

2.6.4 Низкий отпуск.

Низкий отпуск - это операция термической обработки, заключающая ся в нагреве закалённой стали до температуры не выше температуры в точке Ас1, выдержке при этой температуре и охлаждении на воздухе. Низкий отпуск проводя т для сня тия внутренних напря жений, возникающих при закалке и обработки холодом. Низкий отпуск данной стали проводя т с нагревом до температуры 250

Расчёт времени нагрева и выдержки при низком отпуске.

При низком отпуске в структуре стали в основном остается мартенсит, который, однако, изменя ется решетку. Кроме того, начинается выделение карбидов железа из твердого раствора глерода в a-железе и начальное скопление их небольшими группами. Это влечет за собой некоторое меньшение твердости и величение пластических и вя зких свойств стали, в деталя х. Для низкого отпуска детали выдерживают в течение определенного времени обычно в масля ных или соля ных ваннах. Если для низкого отпуска детали нагревают на

воздухе, то для контроля температуры часто пользуются цветами побежалости, поя вля ющимися на поверхности детали. Поя вление этих цветов свя зано с интерференцией белого света в пленках окисла железа, возникающих на поверхности детали при ее нагреве. В интервале температур от 220 до 330

Таблица

Цвет побежалости	Температура,
Светло-желтый Соломенно-желтый Коричнево-желтый Коричнево-красный Пурпурно-красный	220 240 258 265 275

Цвет побежалости	Температура,
Фиолетовый Васильково-синий Светло-синий Серый	285 395 315 330 и выше

4 СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Технологический процесс термической обработки стальных заготовок и деталей машин: Методические казания к курсовой работе по материаловедению./Сост. В.А.Плотников. Ц г.Омск: Изд-во СибАДИ, 2001.-28с.

2. Ковка и штамповка: Справочник. В 4-х т./Ред., Совет; Е.И. Семенов (пред.) и др.- Машиностроение, 1986.-Т.2 Горя чая штамповка/Под. Ред.. Е.И.Семенова/, 1986. 592 с., ил. Стр.239.

3     Парфеновская Н.Г., Самоходский А.И. технология термической обработки металлов.

4     Башнин Ю.А., шаков Б.К., Секей А.Г. Технология термической обработки стали. М.: Металлургия , 1986. 424с.

5     Никифоров В.М. Технология металлов и конструкционные материалы, Ленинград.: 1986.

6     Лахтин Ю.М. Материаловедение, М.: 1990