Коротка характеристика виробу

ВСТУП

фіваіваіва

1 ВИРОБНИЧО- ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА

Коротка характеристика виробу

В конструкціях багатьох механізмів використовують зубчасті передачі. В машинобудуванні виготовлення шестерень вважається відповідальною операцією. Від її результатів залежить функціональність обладнання, в конструкції якого присутні зубчасті передачі. Найменша похибка при виробництві призведе до виходу техніки з ладу, що слугуватиме причиною простою і не виробничих матеріальних затрат на відновлення деталі.

Дана деталь працює в умовах динамічних навантажень, зношування, тертя, тому повинна забезпечити твердість серцевини 36 – 40 HRC і найголовніше – твердість поверхні 58 – 60 HRC.

1.2 Вибір матеріалу та його обґрунтування

При виборі матеріалу для виготовлення шестерень необхідно враховувати його ціну, оброблюваність, прогартовуваність і деформацію шестерень під час термічної обробки. Так як основним елементом шестерні є зуб, то вибраний матеріал і методи зміцнення повинні забезпечити високу контактну і втомну міцність, міцність при згині, ударі і зносостійкість зубів.

Для виготовлення шестерні трансмісії трактора можна рекомендувати марки сталі, що піддаються хіміко-термічній обробці, а саме – цементації. Частіше за все застосовують сталі марок 20Х, 25ХГТ, 30ХГТ тощо.

Сталь 20Х призначена для виготовлення втулок, шестерень, обойм, важелів та інших цементованих деталей, від яких вимагається висока міцність, в’язка серцевина і висока поверхнева твердість, працюючих в умовах зношування та тертя. Хімічний склад: 0,17 – 0,23 %С, 0,17…0,37 % Si, 0,5…0,8 %Mn, 0,7…1,0 % Cr. Цементація при температурі 920-950 ºС. Гартування при температурі 800-860 ºС, в маслі. Відпуск – 190 ºС, масло. Твердість поверхні 55 – 63 HRC.

Сталь 25ХГТ призначена для виготовлення нагружених зубчастих коліс та інших деталей, твердість яких більше 59 HRC. Хімічний склад: 0,22…0,29 %С, 0,17…0,37 %Si, 0,80…1,10 %Mn, 1,00…1,30 % Cr і 0,03…0,09 % Ti. Цементація при температурі 920-950 ºС. Гартування при температурі 840-860 ºС, масло. Відпуск 190-210 ºС, повітря. Твердість поверхні 57-63 HRC. Дана сталь через наявність Ti є спадково дрібнозерниста.

Сталь 30ХГТ застосовується для виготовлення покращених і цементованих деталей, від яких вимагається висока міцність, в’язка серцевина і висока поверхнева твердість, працюючих при великих швидкостях і підвищених тисках під дією ударних навантажень. Хімічний склад: 0,24 – 0,32 %С, 0,17…0,37 %Si, 0,80…1,10 %Mn, 1,00…1,30 % Cr і 0,03…0,09 % Ti. Цементація при температурі 900-925 ºС. Гартування при температурі 840-860 ºС, в маслі. Відпуск 180-200 ºС, масло. Твердість поверхні 57-63 HRC. Дана сталь через наявність Ti є спадково дрібнозерниста.

Отже, аналізуючи всі вище перераховані марки сталей найбільш перспективною для виготовлення шестерні трансмісії трактора є сталь 30ХГТ. Сталі марок 20Х і 25ХГТ не задовольняють умов використання деталі, через малий вміст вуглецю, що не дасть 36-40 HRC твердості серцевини деталі. Марка 30ХГТ задовольняє умови використання деталі, тому що після хіміко-термічної обробки дасть необхідну твердість поверхні (58-60 HRC) і твердість серцевини (36-40 HRC). Також сталь даної марки є спадково дрібнозерниста, що під час проведення термічної обробки дозволить зекономити кошти на нагріванні деталей.

1.3 Розробка маршрутної технології

Для виготовлення даного виробу доцільно використовувати сортовий прокат круглого перерізу. В такому випадку маршрутна технологія може мати такий вигляд:

1) Відрізка заготовки (заготівельна дільниця);

2) Попередня механічна обробка (механічна дільниця);

3) Термічна обробка (термічна дільниця);

4) Кінцева механічна обробка (механічна дільниця).

1.3 Вибір і розробка технологічного процесу термічної обробки

1.4.1 Вибір і обгрунтування технологічного процесу термічної обробки

Враховуючи вибрану марку сталі (30ХГТ) для отримання необхідних властивостей (твердість поверхні – 58…60 HRC, серцевини – 36…40 HRC) вироби потрібно піддати термічній обробці, яка полягає в цементації (газова), гартуванні і низькому відпуску.

1) Цементацію доцільно здійснювати при 900 - 925 ºС. Цей процес полягає в дифузійному насиченні поверхневого шару вуглецем. Так як цементація газова використовуємо ендогаз з додаванням 10% природного газу або метану. Беручи до уваги те, що вибрана сталь є спадково дрібнозернистою (через наявність Ti), то доцільно здійснити підстужування до температури гартування.

2) Гартування: температура 840 – 860 °С, що на (15…35) °С вище за точку Ас3 [1], охолодження в маслі;

3) Низький відпуск: температура 200ºС, охолодження в маслі.

1.4.2 Розробка технологічних параметрів термічної обробки

Газова цементація для сталі 30ХГТ здійснюється при температурі 925°С в газовому карбюризаторі. Загальна тривалість нагрівання деталей τ_заг при цементації складається з часу нагрівання до заданої температури τ_н і часу витримки при цій температурі τ_в, тобто:

τ_заг= τ_н + τ_в (1)

Для виробів з перерізом до 100 мм тривалість нагрівання τ_н до температури цементації визначаємо за формулою:

τ_н=k₁k₂W, (2)

де k₁ – коефіцієнт нагрівального середовища, хв./см²;

k₂ – коефіцієнт рівномірності нагрівання;

W – геометричний показник виробу, см.

Для легованих сталей k₁ = 45 хв./см². Враховуючи, що нагрівання під цементацію планується проводити з усіх сторін у шахтній цементаційній печі, то k₂ = 1,4.

Геометричний показник виробу W визначається за формулою:

де D – зовнішній діаметр, см;

d – внутрішній діаметр, см;

l – довжина циліндра, см.

Підставляючи відповідні значення величин у формулу (2), знаходимо тривалість нагрівання τ_н до температури цементації:

τ_н= 45*1,4*0,72 = 45,3 хв

Для цементування час витримки визначаємо за швидкістю насичення на потрібну нам товщину цементованого шару, таким чином:

де товщина цементованого шару, мм;

середня швидкість цементування, мм/год.

Підставляємо значення у формулу (4):

Отже, загальна тривалість операції цементування τ_заг складе:

τ_заг= 45,3+240=285,3 хв =4 год 45 хв

Далі йде підстужування до температури гартування (850 °С). Швидкість підстужуванн визначаємо за номограмою Блантера, таким чином вона становить 8 град/с. Тоді можемо знайти тривалість підстужування :

де температура цементації, °С;

температура гартування, °С.

Підставляємо значення у формулу (5):

Час охолодження τ_ох під час гартування можна визначити, якщо знати швидкість охолодження, але остання сама змінюється вході процесу. Швидкість охолодження V_ох для температурного інтервалу від температури гартування до 500 °С з достатньою точністю можна визначити за номограмою Блантера.

За номограмою Блантера швидкість охолодження V_ох в центрі виробу в інтервалі,,температура гартування – 850 °С ” визначається в залежності від форми (l/D), діаметра D виробу та охолоджувального середовища (в даному випадку – масло):

V_ох = 130°С / с.

У загальному вигляді час охолодження τ_ох під час гартування розрахо­вують за формулою:

де t_гарт – температура нагріву для гартування, °С;

V_ox – швидкість охолодження в середовищі (визначають за номогра­мою Блантера), °С/c.

Отже,

Наступна операція – низький відпуск шестерні трансмісії трактора. Здійснюється при температурі 200 °С в масляній ванні. Тривалість нагрівання плоскої плашки до температур відпуску t_H орієнтовано можна визначити за таблицею [2] з урахуванням температури відпуску (для даного випадку 200 ºС), нагрівального середовища (в електропечі з повітряним середовищем) і геометричного показника деталі W (W=0,72см). Орієнтовно тривалість нагрівання плоскої плашки до температури відпуску t_H становить біля 18 хв.

Тривалість витримки при температурах нижче 300 °С визначають з розрахунку 120 хв + 1 хв на 1мм умовної товщини деталі. Таким чином тривалість витримки для шестерні трансмісії трактора становитиме:

τ_в = 120 + 73=193хв.

Загальну тривалість операцій низького відпуску τ_заг знаходимо за формулою (1):

τ_в = 18+193 = 211хв 3год 31хв

1.4.3 Кінцева структура і властивості деталі

Сталь 30ХГТ – це доевтектоїдна сталь, яка містить 0,24 – 0,32 %С, тобто початкова структура являє собою суміш фериту та перліту (Ф+П).

Після нагрівання під хіміко-термічну обробку (цементацію) структура буде аустенітною (А), тобто пройде перетворення (Ф+П)→А.

Через те, що після хіміко-термічної обробки ми будемо проводити гартування при 840-860ºС та низький відпуск при 180 - 200 ºС, то кінцева структура деталей буде являти собою мартенсит відпуску (М) з залишковим аустенітом (А) та карбідами, серцевина – сорбіт (С) + троостит (Т). Саме така структура повинна забезпечити оптимальні характеристики твердості (як поверхні так і серцевини), міцності та зносостійкості.

1.4.4 Контроль якості виробу

В якості кінцевого контролю виробів доцільно проводити:

1) Зовнішній огляд на відсутність поверхневих дефектів, в тому числі гартувальних тріщин (100%);

2) Вимірювання твердості деталей на приладі ТК. Твердість повинна складати 58 – 60 HRC;

3) Перевірка товщини цементованого шару зразків (за допомогою дослідження під мікроскопом)

4) Контроль короблення (100%).

ЛІТЕРАТУРА

1. Марочник сталей и сплавов: справочник / Под ред. В.Г. Сорокина. – М.: Машиностроение, 1989.

2. Москаленко Ю.Н., Більченко О.В. Методичні вказівки до курсового та дипломного пректування з курсу “Технологія обладнання та проектуваняя термічних цехів”. – К.: ІВЦ “Видавництво «Політехнік»”, 2002. – 64 с.

3. Термическая обработка в машиностроении: Справочник / Под ред. Ю. М. Лахтина, А. Г. Рахштадта, – М.; Машиностроение, 1980. – 783 с.

4. Шмыков А. А. Справочник термиста. – М.; Машгиз, 1961. – 216 с.

5. Химико-термическая обработка метал лов и сплавов: Справочник / Под ред. Л. С. Ляховича, – М.; Металлургия, 1981. – 424 с.

6. Сатановский Л.Г. Мирский Ю.А. Нагревательные и термические печи в машиностроении. – М.; Металлургия, 1971. – 383 с.

7. Соколов К.Н. Оборудование термических цехов. – Киев – Донецк: Высш. шк., 1984. – 328 с.

1.5 Розрахунок річної виробничої програми термічного цеху

Річна виробнича програма − основна вихідна величина для розрахунку необхідної кількості обладнання, виробничих площ, джерел енергії і допоміжних матеріалів.

Загалом річну програму можна розрахувавти за формулою [2]:

, (1.5)

де − річна програма, т;

− відсоток запасних деталей (0…3%);

− відсоток бракованих деталей при термічній обробці (0…3%);

− відсоток бракованих деталей після термічної обробки (0…1,5%);

− відсоток деталей, що підлягають руйнівним методам контролю (0…2%).

Отже, річна програма виготовлення вала-шестерні складає:

шт.

Дані програми занесені до таблиці 1.

		Технічні умови		Річна програма	Розподіл річної програми за операціями ТО
Найменування деталі	Марка сталі	Розміри деталі, мм	Твердість, HRC	Маса деталі, кг	Річне завдання, шт	П, шт.	П, т.	Цементація	Гартування	Відпуск низький
Вал-шестерня	30ХГТ	150×40x 25	58…60				0.594	0.594	0.594	0.594

Таблиця 1 – Річна програма термічної обробки та її розподіл за операціями

Дата добавления: 2015-10-30