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 дл я выполнени я работы я вл я ютс я : чертёж детали и технические слови я на её изготовление. Марка материала, казанна я на чертеже, рассматриваетс я как словно-рекомендательна я .
В данной курсовой работе используетс я 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 повтор я етс я , либо повтор я етс я через определённые промежутки времени. При изготовлении деталей, как правило, используетс я универсальное оборудование.
В серийном производстве изготавливают партии деталей, регул я рно повтор я ющиес я через определенные промежутки времени. В зависимости от размера партий различают мелко- средне- и крупносерийное производство. В производстве используют специализированное оборудование.
Дл я массового производства характерно изготовление большого количества однотипных деталей на конвейерах с зкоспециализированным оборудованием.
В данном случае за основу берётс я серийный тип производства.
2.2. ВЫБОР МАТЕРИАЛА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ
В данной части работы описываютс я слови я работы детали при эксплуатации, вы я вл я ютс я основные факторы внешней среды, с которой контактирует деталь (температура, воздушна я или газова я среда, слови я смазки и т.д.) характер действующих нагрузок и качественна я их оценка
Выбранный материал должен довлетвор я ть эксплуатационным и экономическим требовани я м.
2.2.1 УДОВЛЕТВОРЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМ ТРЕБОВАНИЯМ
Выбранный материал должен обеспечивать длительную, эффективную работу детали в эксплуатационных слови я х, то есть должен обеспечивать необходимую конструкционную прочность, вы я вленную расчетами инженера конструктора. Он должен противосто я ть воздействию внешней окружающей среды (воздуха, воды, масла, кислоты, тепловым воздействи я м и т.п.). Все это вместе определ я ет комплекс необходимых физико-механических свойств, которыми должен обладать материал, назначаемый дл я изготовлени я конкретной детали, т.е. предел прочности, предел текучести, показатели пластичности δ, Ψ, коэффициент дарной в я зкости, предел выносливости, величина работы распространени я трещин, контактна я сталостна я прочность, сопротивлени я износу, высоким и низким температурам и т.д.
2.2.2 ТЕХНАЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
С этой точки зрени я материал должен довлетвор я ть требовани я м максимальной трудоёмкости изготовлени я детали. В первую очередь он должен обладать хорошей обрабатываемостью режущим инструментом, различными методами обработки давлением. В р я де случаев дл я улучшени я обрабатываемости приходитс я 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 слови я х. В первую очередь нужно стремитьс я 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 повышени я долговечности деталей, меньшени я массы конструкции, меньшени я расхода запасных частей и, таким образом, экономии металла.
2.3 ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВКИ
В машиностроении и ремонтном производстве примен я ютс я следующие виды заготовок: отливки, поковки и штамповки, также комбинированные (штампосварные, литые в сочетании со сваркой) и заготовки из сортового проката.
При выборе способа изготовлени я заготовки необходимо учитывать её материал, размеры, конструктивные формы, размеры и слови я нагружени я детали, также тип производства, дл я которого разрабатываетс я техпроцесс.
Выбранный метод должен быть экономически целесообразным.
Одним из производительных способов получени я заготовок я вл я етс я штамповка на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ). Штамповкой называют процесс получени я поковок, при котором формообразующую полость штампа, называемую ручьем, принудительно заполн я ют металлом исходной заготовки и перераспредел я 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 оборудовани я дл я штамповки примен я ют молоты и прессы.
Допуски и припуски на поковки регламентируютс я ГОСТ 7505-89.
На ГКМ изготавливаютс я 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 выполн я 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 снижаетс я 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 повышаетс я производительность труда, снижаютс я отходы металла, обеспечиваютс я высокие точность формы издели я и качество поверхности. Штамповкой можно получать очень сложные по форме издели я , которые невозможно получить приемами свободной ковки
Технологический процесс гор я чей объемной штамповки
Технологический процесс изготовлени я поковки включает следующие операции: отрезка проката на мерные заготовки, нагрев, штамповка, обрезка обло я и пробивка пленок, правка, термическа я 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.
Используютс я электроконтактные становки, в которых заготовка, зажата я медными контактами, нагреваетс я при пропускании по ней тока; индукционные становки, в которых заготовка нагреваетс я вихревыми токами; газовые печи, с безокислительным нагревом заготовок в защитной атмосфере.
Штамповку осуществл я 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 изменени я ми сечений по длине, с изогнутой осью и т.п. штампуют в многоручьевых штампах.
После штамповки в открытых штампах производ я т обрезание обло я и пробивку пленок в специальных штампах, станавливаемых на кривошипных прессах (рис..1).
Рис. 1 Схемы обрезани я обло я (а) и пробивки пленок (б)
Правку штампованных поковок выполн я ют дл я устранени я искривлени я осей и искажени я поперечных сечений, возникающих при затрудненном извлечении поковок из штампа, после обрезани я обло я , после термической обработки. Крупные поковки и поковки из высокоуглеродистых и высоколегированных сталей прав я т в гор я чем состо я нии либо в чистовом ручье штампа сразу после обрезани я обло я , либо на обрезном прессе (обрезной штамп совмещаетс я с правочным штампом), либо на отдельной машине. Мелкие поковки прав я т на винтовых прессах в холодном состо я нии после термической обработки.
Термическую обработку примен я ют дл я получени я требуемых механических свойств поковок и облегчени я их обработки резанием. Отжиг снимает в поковках из высокоуглеродистых и легированных сталей остаточные напр я жени я , измельчает зерно, снижает твердость, повышает пластичность и в я зкость. Нормализацию примен я ют дл я странени я крупнозернистой структуры в поковках из сталей с содержанием глерода до 0,4%.
Очистку поковок от окалины производ я т дл я облегчени я контрол я поверхности поковок, меньшени я износа металлорежущего инструмента и правильной установки заготовки на металлорежущих станках. На дробеструйных становках окалину с пковок, перемещающихс я по ленте конвейера, сбивают потоком быстро лет я щей дроби диаметром Е2 мм. В галтовочных барабанах окалина дал я етс я благодар я дарам поковок друг о друга и о металлические звездочки, закладываемые во вращающийс я барабан.
Калибровка поковок повышает точность размеров всей поковки или отдельных ее частков. В результате этого последующа я механическа я обработка стран я етс я полностью или ограничиваетс я только шлифованием. Различают плоскостную и объемную калибровку. Плоскостна я калибровка служит дл я получени я точных вертикальных размеров на одном или нескольких частках поковки. Объемной калибровкой повышают точность размеров поковки в разных направлени я х и лучшают качество ее поверхности. Калибруют в штампах с ручь я ми, соответствующими конфигурации поковки.
|
№ |
Операци я |
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 |
Предварительна я термическа я обработка (полный отжиг) |
Кузнечный |
Печи, подъёмники, клещи |
Клещи, твердомеры |
|
4 |
Механическа я обработка (чернова я ) |
Механический цех |
Токарные, фрезерные, строгальные, долбёжные станки |
Фрезы, свёрла, резцы, зенкеры, |
|
5 |
Упрочн я юща я термическа я обработка |
Термический |
Печи, становки, подъёмники |
Твердомеры, микроскопы |
|
6 |
Механическа я обработка (чистова я ) |
Механический |
Шлифовальные станки, доводочные механизмы, полировальные машины, становки дл я суперфинишировани я |
Микрометры, штангенциркуль, оптиметры, миллиметры, длинномеры, калибры |
|
7 |
Инструментальный полный контроль по всем параметрам |
Центрально заводска я лаборатори я |
Шлифовальные станки, доводочные механизмы, полировальные машины, становки дл я суперфинишировани я |
Микрометры, штангенциркуль, оптиметры, миллиметры, длинномеры, калибры |
2.4 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МАРШРУТА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ.
В объёме предлагаемой курсовой работы предлагаетс я технологический маршрут изготовлени я детали представить в виде движени я детали по отдельным цехам или часткам согласно технологическим операци я 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, гор я чей деформации или сварке), см я гчение стали перед обработкой резанием и меньшение напр я жений, дл я придани я стали определенных характеристик. В целом отжиг рода провод я т дл я приближени я системы к равновесию.
При полном отжиге доэвтектоидна я сталь после нагрева выше критической точки АC3 на 30 - 50 ºC (рис. 3) медленно охлаждаетс я вместе с печью. Охлаждение при отжиге провод я т с такой малой скоростью (пор я дка несколько градусов в минуту), чтобы аустенит распадалс я при небольшой степени переохлаждени я . Так как превращение аустенита при отжиге полностью завершаетс я при температурах значительно выше изгиба С-кривых, то отжигаемые издели я можно выдавать из печи на спокойный воздух при температурах 500 - 600 ºC, если не опасны термические напр я жени я .
Рис. 3. часток диаграммы Fe<-Fe3C температур термической обработки: Полный отжиг провод я т дл я
снижени я твердости, повышени я пластичности и получени я
однородной мелкозернистой структуры. Полный отжиг заключаетс я 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 дл я полного прогрева и завершени я фазовых превращений в объеме металла и последующем медленном охлаждении. Дл я заэвтектоидных сталей такой отжиг с нагревом выше Аcm не пойдет потому что при медленном охлаждении после такого нагрева образуетс я груба я сетка вторичного цементита, худшающа я механические свойства. Дл я
доэвтектоидных сталей врем я нагрева и продолжительность обработки завис я т типа печи, способа кладки, типа отжигаемого материала (лист, прокат,... ).
Наиболее распространенна я скорость нагрева составл я ет ~ 100 C / ч, а продолжительность выдержки - от 0.5 до 1 часа на тонну издели я . Медленное охлаждение обусловлено необходимостью избежать образовани я слишком дисперсной ферритно - цементитной структуры и следовательно более высокой твердости.
Скорость охлаждени я зависит от устойчивости переохлажденного аустенита, следовательно, от состава стали. Ее регулируют, провод я охлаждение печи с закрытой или открытой дверцей, с полностью или частично выключенным обогревом. При полном отжиге происходит полна я фазова я
перекристаллизаци я стали. При нагреве выше точки Ас 3 образуетс я
аустенит, характеризующийс я мелким зерном, который при охлаждении дает мелкозернистую структуру, обеспечивающую высокую в я 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 цел я м обычному отжигу. Это отжиг на крупное зерно с нагревом до 950-1100 оС, который примен я ют дл я лучшени я
обработки резанием м я гких низкоуглеродистых сталей. 2.6.2 Цементаци я . Цементаци я
- процесс насыщени я поверхностного сло я стали глеродом с целью повышени я прочности, твёрдости и износостойкости поверхностного сло я . За глубину цементованного сло я принимают рассто я ние от поверхности до переходной зоны. Различают следующие виды цементации:
цементаци я с применением твёрдого карбюризатора;
газова я цементаци я с применением жидкого или газового карбюризатора. Наиболее перспективным я вл я етс я газова я
цементаци я . По сравнению с цементацией в твёрдом карбюризаторе она имеет следующие преимущества:
значительно сокращаетс я длительность процесса благодар я быстрому нагреву детали; возрастает пропускна я
способность оборудовани я , что ведёт к повышению производительности труда; лучшаютс я
услови я труда; по я вл я етс я возможность автоматизации процесса. Газова я цементаци я
может проводитьс я с применением жидкого и газового карбюризатора. В качестве жидкого карбюризатора, как правило, примен я етс я синтин, в качестве газового - эндогаз. Синтин получают из окиси глерода и водорода, образующихс я при переработке твёрдого топлива. Синтин - это бесцветна я
жидкость, содержаща я 90% парафиновых предельных глеводородов. Скорость цементации при применении синтина повышаетс я на 20% и на 50% понижаетс я
выделение сажи и кокса. В шахтных печах жидкий карбюризатор подаётс я капл я ми,
а имеющийс я вентил я тор создаёт движение газового потока, и цементаци я протекает равномерно. Дл я
уменьшени я сажеобразовани я карбюризатор подают топливным насосом через форсунки в распылённом состо я нии.
Оптимальный расход синтина составл я ет
0,8л газа на 1см2. Состав образующегос я
газа: СО 20...28%, Н2 55...75%, СН4 2...5%. Режим подачи синтина при насыщении определ я ют опытным путём. Дл я
легированных сталей температура цементации примен я етс я выше точки Ас3, когда стойчив аустенит, способный растворить в больших количествах глерод. При использовании жидкого карбюризатора эффективно примен я ть комбинированный цикл насыщени я дл я получени я
на поверхности цементованного сло я
содержани я глерода в пределах
0,8...1%. После цементации структура цементованного сло я
приведена на рисунке 11. Рис.11 Структура цементованного сло я Расчёт времени нагрева и выдержки при цементации. Глубина прочн я емого сло я 1,Е1,4мм Скорость насыщени я
1мм/час Цементацию провод я т в газе, получаемом при разложении синтина, при температуре 900
Охлаждение после цементации проводим на воздухе. 2.6.3 Закалка Закалкой называетс я
процесс термической обработки металлов, состо я щий в их нагреве и быстром (иногда постепенном) охлаждении. Закалка примен я етс я дл я повышени я
твердости, прочности и износоустойчивости. У некоторых металлов в процессе закалки повышаетс я пластичность.
Услови я закалки дл я различных металлов, порой и различных изделий из одного и того же металла отличаютс я .
Особое значение это имеет дл я
закалки инструментов, поскольку они подвергаютс я
различной нагрузке. Технологи я
закалки следующа я : изделие нагревают до определенной температуры (дл я
стали 1ХГ2 температура равна 900оС) и некоторое врем я выдерживают. За этот период изделие равномерно прогреваетс я . Далее следует охлаждение. Охлаждают изделие в воде, при необходимости к ней добавл я ют поваренную соль, котора я
повышает эффективность закалки. Температура воды дл я
закалки должна быть на ровне 27-28
Очень важно, чтобы во врем я охлаждени я
температура воды или раствора оставалась почти неизменной. Контролировать это непросто. Емкость дл я охлаждени я должна быть такой, чтобы масса помещающейс я в ней воды была в 30-50 раз больше массы закаливаемого издели я . Тогда скачки температуры воды от погружени я
раскаленного металла будут менее значительны. Чтобы охлаждение издели я происходило быстрее, можно перемещать его в емкости в различных направлени я х. Наиболее часто закалке подвергаютс я стальные издели я .
Так, конструкционные стали обычно нагревают до 880-900
Конструкционные глеродистые стали используютс я в основном в издели я х,
дл я которых особа я прочность не требуетс я .
Закалка мало способна повли я ть на изменение твердости этой стали. Эффективна закалка и дл я
изделий, выполненных из глеродистой инструментальной стали. Эти стали содержат
0,7-1,5% глерода и отличаютс я
высокой прочностью. Производить закалку инструментальной стали лучше при температуре 750-760
Нагревают заготовки вначале медленно (до
500
Дл я
охлаждени я 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 врем я
пребывани я заготовки в охладителе рассчитываетс я , исход я из соотношени я :
одна секунда на 5-6 мм сечени я
издели я . Дл я
более интенсивного охлаждени я
изделие, погруженное в охладитель, надо посто я нно перемещать во всех направлени я х. 2.6.4
Низкий отпуск. Низкий отпуск - это операци я термической обработки, заключающа я с я в нагреве закалённой стали до температуры не выше температуры в точке Ас1,
выдержке при этой температуре и охлаждении на воздухе. Низкий отпуск провод я т дл я сн я ти я
внутренних напр я жений, возникающих при закалке и обработки холодом. Низкий отпуск данной стали провод я т с нагревом до температуры 250
Расчёт времени нагрева и выдержки при низком отпуске. При низком отпуске в структуре стали в основном остаетс я мартенсит, который, однако, измен я етс я
решетку. Кроме того, начинаетс я
выделение карбидов железа из твердого раствора глерода в воздухе,
то дл я контрол я
температуры часто пользуютс я цветами побежалости, по я вл я ющимис я
на поверхности детали. По я вление этих цветов св я 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 казани я 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 Гор я ча я штамповка/Под. Ред.. Е.И.Семенова/, 1986. 592 с.,
ил. Стр.239. 3
Парфеновска я Н.Г., Самоходский А.И. технологи я термической обработки металлов. 4
Башнин Ю.А., шаков Б.К., Секей А.Г. Технологи я
термической обработки стали. М.: Металлурги я ,
1986. 424с. 5 Никифоров В.М. Технологи я металлов и конструкционные материалы, Ленинград.:
1986. 6
Лахтин Ю.М. Материаловедение, М.: 1990 - полный отжиг;
- нормализаци я .
