Технологический процесс термической обработки колеса зубчатого

Внешние радиусы по табл. 10 при массе поковки 2,7 кг, толщине 42 мм и глубине полости ручья (Н/2) = 21 мм, получаем равными 2 мм

Величина внутренних штамповочных радиусов примерно в 3 раза больше соответствующих внешних радиусов и, следовательно = 6 мм

 

2.6.2. Подготовка наметки под прошивку  отверстия

Так как в чертеже  готовой детали поковки имеется  сравнительно небольшое отверстие (диаметром 32 мм), то штамповать будем без наметки, а отверстия впоследствии просверлим.

Под наметкой понимают два  углубления высотой h, выштампованные в месте расположения отверстия и разделенные перемычкой небольшой толщины S. Перемычка впоследствии удаляется на пробивном штампе (эта операция называется прошивкой отверстия).

 

 

 

 

Чертеж заготовки

По полученным результатам  вычерчиваем заготовку.

Вычерчиваем штрихпунктирными линиями контур готовой детали, а контур поковки вычерчиваем вокруг контура готовой детали сплошными линиями с учетом вычисленных размеров припyсков, допусков и напусков и получаем чертеж заготовки.

 

 

 

(Чертеж заготовки вычерчивается на листе формата А4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Разработка  технологического процесса Т.  О.

5.1. Последовательность  операций и назначение режима

 

В соответствии с технологическим  маршрутом изготовления детали (табл. 1, п. 4), после горячей штамповки и грубой механической обработки стали, перед азотированием, для улучшения обрабатываемости материала режущим инструментом, снятия внутренних напряжений, а также улучшения структуры, назначаем предварительной термической обработкой нормализацию, для проведения которой нагреваем заготовку на 30-80°С выше А_С3, с последующим после выдержки охлаждением на спокойном воздухе. Температуру нагрева можно назначить по диаграмме железо-цементит. Для нашей заготовки из стали 30Х2НВФА температура нагрева будет около 830°С. Нагрев осуществляем в электрической камерной печи СН3-2.2.0,9/13 (расшифровка индекса печи: С – нагрев сопротивлением, Н – нагревательная камера, З – защитная или окислительная атмосфера, ширина 200 мм, длина 200 мм, высота рабочего пространства 90 мм, максимальная рабочая температура в 1300°С (см. табл. 11). Время нагрева до заданной температуры, в соответствии с табл. 4, будет равно 65×54,4 = 3536 сек или 58,9 мин. Время выдержки при температуре нагрева в электрических печах ориентировочно берется в пределах 1,0 ÷ 1,5 мин на 1 мм сечения детали. В нашем случае будет 1×54,4 = 54,4 мин. Охлаждение на спокойном воздухе при скорости 1⁰С/с произойдет за 920 сек или за 15,3 мин. Общее время 58,9 + 54,4 + 15,3 = 128,6 мин, или 2,14 часа. В камерных печах для загрузки и выгрузки деталей используют подвесные клещи на монорельсе.

Следующим этапом в соответствии с технологическим маршрутом (табл. 1, п. 5) является азотирование-вид химико-термической обработки (ХТО). Азотирование заключается в насыщении поверхностного слоя детали азотом после предварительного улучшения. Придает высокую твердость( 80-85 HRA), износостойкость и коррозийную стойкость поверхностному слою изделия при минимальном его короблении и не требует последующей обработки. Азотирование состоит из следующих операций: нагрев деталей в атмосфере аммиака при 500-700°С с последующим охлаждением в парах аммиака до 100°С, после чего проводится закалка с последующим низким отпуском.

Азотирование проводим в муфельной шахтной печи типа США-2.6/6 (см. табл. 11). Расшифровка индекса печи: С – нагрев сопротивлением, Ш – шахтная, а – для азотирования; диаметр рабочего пространства 2 дм, высота рабочего пространства 6 дм; округленная номинальная температура 600°С.

В качестве карбюризатора при азотировании используем пропан. Можно использовать другие углеводородные газы (бутан, природный газ), бензол, пиробензол, жидкие углеводороды (керосин и т.п.), подаваемые в печь через капельницу. Загрузку детали в печь осуществляют в корзинах.

Участки поверхности, не подлежащие азотированию, защищают электролитическим омеднением.

Азотирование проводят при температурах выше точки Ac₃ (в нашем случае 830 ± 20)⁰С, когда устойчив аустенит, растворяющий углерод в больших количествах. Время нагрева до температуры 830⁰С, в соответствии с табл. 4, будет равно 65×54,4 = 3536 сек или 58,9 мин, или около 1 часа. Продолжительность выдержки для получения толщины азотированного слоя в 0,9 - 1 мм при азотировании берется, исходя из опытных данных, ориентировочно 2 часа. Общее время цементации 1 + 2 = 3 часа.

Термическая обработка  после азотирования. Под термической обработкой понимают изменение структуры и свойств сплава путем нагрева его до определенной температуры, выдержки при этой температуре и последующего охлаждения с заданной скоростью. Для получения заданного комплекса механических свойств после азотирования необходима дополнительная термическая обработка деталей. Для тяжело нагруженных трущихся деталей машин, испытывающих в условиях работы динамическое нагружение, в результате термической обработки нужно получить не только высокую поверхностную твердость и износостойкость, но и высокую прочность (например, для зубчатых колес — высокую прочность на изгиб), а также высокую ударную вязкость. Для обеспечения указанных свойств после азотирования необходимо произвести закалку с последующим низким отпуском.

Закалка заключается в очень быстром (после нагрева и выдержки) охлаждении стали, нагретой до температуры выше А_С1, А_С3. Повышает твердость, прочность и износостойкость; измельчает структуру.

Но в нашем случае, после азотирования нашей стали 30Х2НВФА, как это делают в массовом и серийном производстве, выгодно и удобно закалку (в масле) проводить после азотированного нагрева с подстуживанием до 740⁰C. Время охлаждения, учитывая, что скорость охлаждения в масле 150⁰С/с,  в данном случае около 5 секунд, так что им можно пренебречь.

Окончательной операцией  термической обработки является низкий отпуск при 160 — 200⁰С, уменьшающий остаточные напряжения и не снижающий твердость стали. Т.к. поверхностный слой после науглероживания по составу близок к эвтектоидному, то для обеспечения после отпуска заданной твердости HRC64-66 (в среднем HRC65, отпуск надо производить с температуры 180⁰C. Охлаждение, после соответствующей выдержки, можно произвести на воздухе. Нагрев при отпуске можно произвести в электрической камерной печи СНО-3.6,5.2/7.

Время нагрева до заданной температуры, при скорости нагрева как для высокоуглеродистой низколегированной стали ≈ 50 + 100^оС /час, будет равно около 180 мин, или 3 часа. Время выдержки при температуре нагрева в электрических печах ориентировочно берется (табл. 5) из расчета 120 мин +1 мин на 1 мм условной толщины сечения детали. В нашем случае будет 120 + 1×54,4 = 174,4 мин, или 2,9 часа. Охлаждение на спокойном воздухе при скорости 1⁰С/с произойдет за 180 сек или за 3 мин, или за 0,05 часа. Общее время 3 + 2,9 + 0,05 = 3,95 часа. Структура поверхностного слоя после отпуска будет представлять мартенсит отпуска с включениями глобулярного азотирования.

Общее время ХТО с  последующей ТО будет состоять из времени нормализации, азотирование, закалки и отпуска и, следовательно, 2,14 + 3 + 3,95 = 9,09 часа.

После азотирования зубья подвергают чистовой механической обработке – шлифованию (табл. 1, п. 6).

После азотирования, термической и чистовой механической обработки твердость поверхностного слоя составляет HRC 65.

5.2. Выбор технологического  оборудования и контроль качества

Нагрев для нормализации осуществляем в электрической камерной печи СН3-5.6.5,2/13.

Азотирование проводим в муфельной шахтной печи типа США-2.6/2.

Нагрев при отпуске  можно произвести в электрической  камерной печи СНО-3.6,5.2/7.

После чистовой механической обработке – шлифования осуществляют контроль качества упрочнения измерением твёрдости поверхности детали прибором ТК (пресс Роквелла).

Глубина азотированного слоя и толщина слоя после закалки контролируются по образцам-свидетелям, прошедшим цикл обработки вместе с контролируемой партией деталей c помощь лупы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Операционная  кapтa (согласно приложения 6-8)

(прилагается)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Библиографический  список

 

1. Горбацевич А. Ф.  Курсовое проектирование по технологии машиностроения. - М.: Машиностроение, 1981.- 284с.

2. Дюмин Г. Е., Трегуб  Н. Н. Ремонт автомобилей. –  М.: Машиностроение, 2000.- 220с.

3. Семёнов Е. И. Ковка  и объёмная штамповка. – М.: Высшая школа, 1972.- 352с.

4. Зуев В. М. Термическая  обработка металлов. – М.: Высшая школа, 2001.- 288с.

5. Дальский А.М., Барсукова  Т.М. и др. Технология конструкционных  материалов. – М.: Машиностроение, 1993.- 448с.

6. Попова Г.Н., Алексеев  С.Ю. Машиностроительное черчение /Справочник. – СПб.: Политехника, 1994.- 448 с.

7. Мягков В.Д. Допуски  и посадки: Справочник: В 2 ч. - Л., 1978.

8. Технологический процесс термической  обработки стальных заготовок  и деталей машин: Методические указания к курсовой работе по материаловедению /Сост. В. А. Плотников. - Омск. 2001.- 28с.

9. Разработка технологического  процесса изготовления штампованной  заготовки /Сост. В. А. Плотников, М.Я. Швец. - Омск, 1987.- 28с.

10. Гуляев А.П. Металловедение. – М.: Металлургия, 1987.- 388с.

11. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П.  Материаловедение. – М.: Машиностроение, 1980.- 326с.

12. Объемная облойная штамповка:  Методические указания к лабораторной работе по дисциплине «Технология конструкционных материалов» / Сост.: Б. Г. Колмаков, М. С. Корытов. – Омск:, 2002. – 20 с.