124463 (Технический проект участка термической обработки шевера)

Министерство образования Российской Федерации

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Металловедение, термическая и пластическая обработка металлов»

Курсовой проект

По дисциплине «Оборудование и проектирование термических цехов»

Тема: "Технический проект участка термической обработки шевера"

Выполнил:

студент группы 23МВ

Розенберг Я.Д.

Проверил:

Сорокина Светлана Александровна

Нижний Новгород

2007

Содержание

Введение

1 Годовая программа участка

2 Технические требования к изделию

3 Обоснование выбора марки материала

4 Разработка технологического процесса термической обработки на проектируемом участке

4.1 Обоснование температур нагрева под операции термообработки

4.2 Расчет времени нагрева

4.3 Обоснование выбора способа охлаждения при закалке и отпуске

5 Выбор источника нагрева

6 Сменность работы участка и определение потребности в рабочей силе

7. Выбор и расчет оборудования участка

7.1. Основное оборудование

7.2. Дополнительное и вспомогательное оборудование

Площадь и планировка участка. Краткие сведения о здании цеха

9. Технические расчеты

9.1 Расчет расхода топлива

9.2 Расчет расхода воды, масла, солей и других материалов

9.3 Расчет освещения участка

9.4 Расчет вентиляции и отопления участка

9.5 Расчет расхода солей

Введение

Целью курсового проекта является реализация теоретических знаний, полученных при изучении дисциплин «Основы низко- и высокоэнергетических технологий» и «Оборудование и проектирование термических цехов», приобретение навыков по проектировании термических участков и отделений термической обработки металлоизделий.

Проектируемый участок предназначен для термической обработки шевинговального инструмента (шевер). В данном проекте рассмотрена термическая обработка шевера выполненного из стали Р18, предназначенного для шевингования (отделочной обработки) незакалённых зубьев зубчатых колёс срезанием тонкой стружки. Целью термической обработки является получение необходимых физических характеристик детали.

1. Годовая программа участка

Годовая программа участка представлена в таблице 1, брак - 3%. Объемы годной продукции составляют 76339,3 кг.

С учетом брака она составляет:

(кг)

Таблица 1 - Производственная программа термического участка на 2007 год

2. Технические требования

Шеверы должны изготовляться ив соответствии с требованиями ГОСТ 8570 по рабочим чертежам, утвержденным в соответствующем порядке.

Шеверы должны изготавливаться из быстрорежущей стали по ГОСТ 19265-73. допускается изготовление шеверов из других марок быстрорежущей стали, обеспечивающих стойкость шеверов в соответствии с требованиями вышеуказанного стандарта.

Твёрдость шевера HRC 62…65.

На всех поверхностях шевера не должно быть трещин, забоин, выкрошенных мест, заусенцев и следов от коррозии.

Контроль параметров шевера должен производиться средствами контроля:

А) Твёрдость режущей части шевера проверяется по ГОСТ 9013-59 твердомером Роквелла или Винкерса по ГОСТ 23667-79.

Б) Параметры шероховатости поверхности шевера контролируют путем сравнения с образцовыми инструментами, поверхности которых имеют предельные значения параметров шероховатости при помощи лупы ЛП1–4х по ГОСТ 25706-83

В) Внешний вид шевера проверяется осмотром.

3. Обоснование выбора марки материала

Марка стали Р18 по ГОСТ 8570-80. Сталь Р18 относится к быстрорежущим сталям нормальной теплостойкости. Быстрорежущие стали наиболее характерны для режущих инструментов. Они сочетают высокую теплостойкость (500-650°С) в зависимости от состава и обработки) с высокими твердостью (до HRC 68-70), износостойкостью при повышенных температурах и повышенным сопротивлением пластической деформации. Быстрорежущие стали позволяют повысить скорость резания в 2 - 4 раза по сравнению со скоростями, применяемыми при обработке инструментами из углеродистых и легированных инструментальных сталей.
Быстрорежущие стали широко применяют для режущих инструментов, работающих в условиях значительного нагружения и нагрева рабочих кромок. Инструмент из быстрорежущих сталей обладает достаточно высокой стабильностью свойств, что особо важно в условиях гибкого автоматизированного производства. Большое количество избыточной карбидной фазы делает сталь Р18 более мелкозернистой, менее чувствительной к перегреву при закалке, более износостойкой.

Ввиду высокого содержания вольфрама сталь Р18 целесообразно

использовать только для изготовления инструментов высокой точности, когда стали других марок нецелесообразно применять из-за прижогов режущей части при шлифовании и заточке.

Химический состав стали Р18:

Физические свойства стали Р18:

σ_в= 840 МПа

σ_т = 510 МПа

ψ = 10 %

КСU = 190 кДж/м²

ρ = 8800 кг/м³

4. Разработка технологического процесса термической обработки на проектируемом участке

Требуемые свойства изделия обеспечиваются путём закалки в соляной ванне и трёхкратного отпуска.

Закалка в полуавтомате:

Первый подогрев в газовом тигле до 600 ˚С

Второй подогрев в соляной ванне до 960 ˚С. Состав раствора: BaCl₂ – 96%, MgF₂ – 4% - раскислитель.

Окончательный подогрев в соляной ванне того же состава.

Соляные ванны должны быть очищены от осадков и тщательно раскисленны.

Охлаждение производить в селитровом приспособлении при t=280˚С.

Состав раствора: KNO₃ – 50%, NaNO₂ -50%.

Время выдержки равно времени окончательного нагрева.

Отпуск:

Нагрев в селитровой ванне (KNO₃ – 100%) до t = 565 ˚С и выдержка 1 час 30 минут.

Отпуск трехкратный.

Охлаждение на отпуске до температуры цеха.

Очистка:

Промыть в моечной машине при t = 80 – 90˚С в 5% растворе NaNO₂ до удаления соли, после чего прочистить зубья капроновой щеткой.

4.1 Обоснование температур под операции термообработки

Для предупреждения образования трещин и повышенных термических напряжений нагрев под закалку ведут с одним или двумя подогревами. Первый подогрев при 400-600 °С, второй при 800-950 °С. Время выдержки при подогреве обычно берут удвоенным по сравнению с выдержкой при окончательном нагреве. Выдержку при окончательном нагреве выбирают из расчета 10-15 с на 1 мм диаметра (толщины) для инструмента диаметром 5-30 мм.

Для стали Р18 основным является карбид М6С (Fe3W3C). Для получения высоких теплостойкости и твердости достаточно большая доля распадающегося карбида должна быть переведена при закалке в твердый раствор (аустенит, мартенсит), что насыщает его углеродом, вольфрамом, молибденом, ванадием, хромом.

Последующий отпуск при температурах 550-570 °C повышает твердость до максимальных значений вследствие выделения дисперсных, карбидов и распада остаточного аустенита.

Переохлажденный аустенит быстрорежущих сталей устойчив, вследствие чего они могут охлаждаться в любой среде - воздухе, масле, горячих средах при 500-560 °С. Будем охлаждать изделие на воздухе.
Отпуск быстрорежущих сталей выполняется при температурах 550-570 °С, 2-3 раза по 1 ч. Быстрорежущие стали с большой устойчивостью остаточного аустенита требуют трех- и даже четырехкратного отпуска. Будем выполнять трехкратный отпуск при температуре 565 °С с выдержкой 1ч 30 мин.
При отпуске происходит выделение упрочняющих карбидов и распад остаточного аустенита. В результате быстрорежущая сталь получает высокую твердость, прочность и теплостойкость.
При закалке в аустените растворяется весь хром, 8% W, 1% V и 0,4-0,5% C. После закалки в структуре кроме мартенсита и первичных карбидов содержится 30-40% остаточного аустенита. Остаточный аустенит превращают в мартенсит при отпуске. Аустенит, обедняясь углеродом и легирующими элементами, становится менее устойчивым и при охлаждении ниже точки MН испытывает мартенситное превращение. Однократного отпуска недостаточно для превращения всего остаточного аустенита, поэтому применяют многократный отпуск.

Критические точки;

Ас₁ =820˚С Ас₃ =860˚С

Аr₁ =725˚С Аr₃ =770˚С

4.2 Расчёт времени нагрева

Схема термической обработки изделия:

Время нагрева будем рассчитывать по формуле:

τ_общ = τ_с.п. + τ_и.в. , где

τ_с.п. - время сквозного прогрева,

τ_и.в. - время изотермической выдержки,

τ_с.п. = К₁·(V/F)·K_P·K_K (ч)

τ_и.в. = 0.08·W + 0.2·V+0.15·Mo (мин)

W,V,Mo – количество процентов вольфрама, ванадия и молибдена соответственно.

К₁ – коэффициент, зависящий от марки, состава и температуры среды.

Дла стали Р18 при температуре закалки 1280˚С:

К₁ = 4,4 мин/см = 7,3 ч/м

V/F – соотношение объёма к поверхности простого тела, схожего с нашим изделием.

Для короткого полого цилиндра:

V/F=(D-d)·l/(4l-2(D-d))

D = 0.185 м

d = 0.063 м

l = 0.020 м

V/F = 0,00753 м

K_P – критерий формы:

K_P = 1+0,2·(D-d)/l

K_P = 1,0327

K_K – коэффициент конфигурации:

K_K= 1

τ_с.п. = 0,057 ч = 3,42 мин

τ_и.в. = 0.08·18,5 + 0.2·1,4+0.15·(%Мо) = 1,7 мин

τ_об = 10,26 +6,84+1,7+10,26=29,06 мин

4.3 Обоснование выбора способа охлаждения при закалке и отпуске

Охлаждение при закалке следует проводить в селитровом приспособлении или в масле, так как при медленном охлаждении (на воздухе) могут выделиться карбиды, что ухудшит режущие свойства изделия. Выбор селитрового приспособления продиктован большей технологичностью и безопасностью. Масло – огнеопасно (температура вспышки колеблется от 150 до 320˚С). Масло необходимо менять по истечению срока службы. Кроме того масло пригорает к поверхности изделия и образует пригар, что требует лишних затрат на очистку детали. Расплав же солей не обладает выше указанными недостатками. Температура расплава 280˚С обеспечивает замедленное охлаждение, что исключает возникновение термических напряжений и, как следствие коробление изделия.

5. Выбор источника нагрева

Учитывая марку стали(быстрорежущая), технологические требования и экономический фактор производства, для термической обработки изделия целесообразно использовать последовательность из четырёх соляных ванн типа СВС.

В соответствие с годовой ь из четырёх соляных ванн типа СВС изделия.программой, габаритами и технологией обработки были выбраны следующие установки:

Конструкция соляных ванн :

Электрованны представляют собой футерованную камеру, заполненную расплавленной солью, в которую опущены металлические электроды, и состоят из кожуха, футеровки, электродной группы, выемных устройств и нагревателя. Кожух круглый, сварной из листового проката.

Футеровка состоит из огнеупорного тигля, сложенного из высокоглиноземистых блоков, утрамбованной засыпки из высокоглиноземистого мертеля, слоя секторных кирпичей из легковесного шамота, теплоизоляции из легковесного шамота и пенодиатомита.

Три электрода массивного сечения свободно опущены в углы шестигранного огнеупорного тигля. Каждый электрод выполнен из двух частей – электродержателя и рабочей части, которая является сменным элементом. Для подсоединения токоподводящих шин к электродержателям приварены контактные пластины.