Технологический процесс термической обработки колеса зубчатого

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО  ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  «СИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНАЯ АКАДЕМИЯ (СИБАДИ)»

 

 

 

 

 

 

Расчетно-пояснительная  записка к курсовой работе

по материаловедению и ТКМ

 

 

 

 

 

Тема: Технологический процесс термической обработки колеса зубчатого

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент Гринкевич В.А.

Группа: АТ-110

Проверил: Колянов А.И.

 

 

 

 

 

 

 

Сургут – 2010

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «СИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНАЯ АКАДЕМИЯ (СИБАДИ)»

 

 

Задание

на курсовой проект по материаловедению и ТКМ

 

 

 

 

Студенту  АТ факультета  110 группы

 

Гринкевичу Владиславу Алексеевичу

 (Ф.И.О.)

 

 

 

Разработать технологический  процесс термической обработки 

колеса зубчатого

 

 

Исходные данные:

Вариант – 3в

Материал детали – Сталь 10ХА

Метод упрочнения (термообработки) Цементация газовая

Термообрабатываемая поверхность – Зубья

Глубина упрочняемого слоя, мм – 1,2...1,5

Твердость - 60...65 HRC

 

 

Объём курсового проекта: пояснительная записка 17 листов; графический материал 2 листа формата А4

 

 

Дата выдачи: "___" _________2010 г.

 

Срок выполнения: "___" ________2010 г.

 

Студент __________________ (Роспись).

 

 

Сургут – 2010

 

Оглавление работы:

1. Введение

1.1. Определение типа  производства

1.2. Выбор материала  для изготовления детали:

1.2.1. Описание эксплуатационных  требований

1.2.2. Описание технологических  требований

1.2.3. Описание экономических  требований

2. Обоснование способа  получения заготовки

3. Разработка технологического  маршрута изготовления детали

4. Разработка чертежа  заготовки:

4.1. определение класса  точности поковки;

4.2. определение группы стали;

4.3. определение степени сложности  поковки;

4.4. определение массы заготовки

4.5. выбор конфигурации поверхности  разъема штампа;

4.6. определение исходного индекса;

4.7. выбор припусков на механическую  обработку;

4.8. определение допусков на размеры  поковки;

4.9. выбор кузнечных напусков.

5. Разработка технологического  процесса Т.О.:

5.1. Последовательность операций и назначение режима

5.2. Выбор технологического оборудования и контроль качества

6. Операционная кapтa

7. Список используемой литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Машиностроение является главной отраслью народного хозяйства, которая определяет возможность  развития других отраслей.

Машиностроение –  комплекс отраслей промышленности, изготовляющих  орудия труда, транспортные средства, а также предметы потре6ления и продукцию оборонного назначения. Уровень развития машиностроения определяет производительность труда в целом, качество продукции других отраслей промышленности, о6ороноспособность страны. Машиностроение – техническая основа интенсификации материального производства и база повышения его эффективности. Оно призвано играть ведущую роль в ускорении научно-технического прогресса.

Машиностроение должно развиваться опережающими темпами: предусматривается ускоренное развитие производства приборов и средств автоматизации, вычислительной техники, прогрессивных видов металлоо6рабатывающего и электротехнического оборудования, приборов и аппаратов для атомных электростанций и химической промышленности, сельхозмашин, машин для легкой и пищевой промышленности, транспорта. Наряду с созданием систем и комплексов машин, оборудования и приборов для комплексного технического перевооружения, автоматизации и механизации отдельных отраслей производства, важнейшей задачей машиностроения является создание машин и агрегатов большой единичной мощности для металлургии, угольной, горнодо6ывающей, химической и нефтяной промышленности, энергетики и других отраслей. Наиболее важной частью машиностроения является станкостроительная промышленность, о6еспечивающая машиностроение и другие отрасли металлообрабатывающими станками, кузнечно-прессовым и литейным оборудованием, режущими и измерительными инструментами. Опережающие темпы роста машиностроения позволяют резко увеличить выпуск многих видов изделий, используемых в 6ыту. Отрасль машиностроения охватывает десятки тысяч о6ъединений, заводов, конструкторских и технологических 6юро и научно-исследовательских институтов. Удельный вес продукции машиностроения в о6щем объеме продукции промышленности превышает одну четверть.

Решение этих задач невозможно без совершенствования применяемых конструкционных материалов и без создания новых, более совершенных.

Основными направлениями  научно-технического прогресса в  промышленности являются: электрификация производства — широкое применение электрической энергии в технологических процессах и двигательных устройствах, в средствах управления производством, широкое развитие и внедрение радиоэлектроники; химизация производства,  отличающаяся расширением сырьевой базы промышленности, разработкой и внедрением химических материалов и методов обработки; комплексная механизация и автоматизация производства — замена ручного труда механизмами, переход от механизации отдельных операций к комплексной механизации всего процесса труда, разработка и внедрение в производство автоматизированных систем управления (АСУ) и промышленных роботов, которые завершают комплексную автоматизацию производственных процессов, освобождая человека от участия в процессе производства и возлагая на него функции контроля и оперативного управления, требующие высокой квалификации, создание гибких автоматизированных производственных систем (ГАПС).

На базе новейших научных  открытий возникли принципиально новые, более совершенные и производительные технологические процессы, резко  увеличивающие производительность труда и повышающие качество продукции. К таким процессам следует, например отнести процессы элионной технологии, которые основаны на использовании сфокусированных лучей различных видов энергии: лазерные, ультразвуковые, плазменные, электронно-лучевые, ионно-лучевые, электроискровые, световые и некоторые другие. Также огромные перспективы имеют нанотехнологии.

Новая техника и технологии, вводимые в производство, должны быть непременно лучше и эффективнее  прежних. В противном случае нельзя достигнуть ни роста производительности труда, ни снижения себестоимости продукции, ни увеличить необходимые накопления на повышение жизненного уровня граждан России, на новое строительство, развитие науки, культуры, здравоохранения и т. д.

Также необходимо учитывать, что именно развитие отечественного машиностроения, а не импорт машин, является единственно правильным направлением в прогрессивном развитии промышленности и государства в целом.

Термическая обработка. Термическая обработка представляет собой совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения металлических изделий с целью изменения структуры и свойств сплавов.

Термической обработке  подвергают слитки, отливки, поковки, сварные  соединения, детали машин, инструменты  и др.

Все виды термической обработки в зависимости от назначения делятся на предварительные и окончательные.

Предварительная термообработка проводится для улучшения обрабатываемости материала режущим инструментом, повышения его пластичности, снятия внутренних напряжений и улучшения структуры.

Предварительной термообработке подвергаются заготовки деталей  машин. К видам предварительной термической обработки, как правило, относятся: отжиг, нормализация, улучшение.

Окончательная (упрочняющая) термообработка проводится для придания требуемых эксплуатационных характеристик (твердость, износостойкость и т.д.) поверхностям деталей машин.

Все детали, подвергаемые окончательной (упрочняющей) термообработке, можно разделить на две группы. К первой группе относятся детали, работающие на трение, поэтому проведенная термообработка должна обеспечить необходимую твердость, износостойкость поверхностного слоя. Ко второй группе относятся детали, испытывающие при работе значительные нагрузки различного характера: растягивающие, изгибающие, крутящие, контактные.

В деталях, испытывающих в процессе эксплуатации растягивающие  и сжимающие нагрузки, напряжения по сечению распределены более или менее равномерно. Для таких деталей применяют сквозную закалку и отпуск.

В деталях, работающих на изгиб, кручение или при высоких контактных нагрузках, сквозное упрочнение сечения не обязательно, но, желательно поверхностное упрочнение при сохранении вязкой сердцевины.

Виды термической  обработки:

Отжиг (полный, неполный, нормализационный) – это вид термической обработки, в результате которой металл или сплав приобретает равновесную структуру с минимальной свободной энергией, отличающиеся высокой пластичностью и невысокой твердостью. При отжиге сталь нагревают на на 30-50⁰С выше критической точки Ас₃ (Ас₁) и после прогрева и последующей выдержки при температуре нагрева, проводят медленное охлаждение. Как правило, детали охлаждают вместе с печью со скоростью 30-100 ⁰С/час. При нормализации сталь после нагрева и выдержки охлаждают на спокойном воздухе.

Закалка – вид термической обработки, в результате которой в сплавах образуются неравновесные структуры (мартенситные), отличающиеся высокой твердостью. Закалка сталей заключается в их нагреве выше критической температуры A₃ (для доэвтектоидных сталей) или A₁ (для заэвтектоидных сталей), выдержке при этой температуре для завершения фазовых превращений и охлаждении со скоростью, равной или большей критической скорости закалки стали в охлаждающих средах.

Отпуск -  это вид термической обработки, в результате которой в закаленных  сплавах происходят превращения, приближающие их структуру к равновесной. Для обеспечения требуемых свойств, в зависимости от температуры нагрева применяют три вида отпуска: низкий (150–180⁰С), средний (350–450⁰С), и высокий (500–650⁰С).

Химико-термическая обработка стали (ХТО) - заключается в сочетании термического и химического воздействия с целью изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя детали в необходимом направлении.

При этом происходит поверхностное  насыщение металлического материала соответствующим элементом (C, N, B, Al, Cr, Si, Ti и др.) путем его диффузии в атомарном состоянии из внешней среды (твердой, газовой, паровой, жидкой) при высокой температуре.

Назначение ХТО –  поверхностное упрочнение и защита от коррозии с целью повысить надежность деталей машин.

 

1.1. Определение  типа производства.

В машиностроении, в зависимости  от широты номенклатуры, регулярности, стабильности и объема выпуска изделий, различают три типа производства: единичное, серийное и массовое.

В единичном производстве выпускают изделия широкой номенклатуры в небольших количествах или индивидуально. Изготовление однотипных деталей совсем не повторяется или повторяется через определенные промежутки времени. При изготовлении деталей, как правило, используется универсальное оборудование.

В серийном производстве изготавливают партии деталей, регулярно повторяющиеся через определенные промежутки времени. В зависимости от размера партии различают мелко-, средне- и крупносерийное производство. Используется специализированное оборудование.

Для массового производства характерно изготовление большого количества однотипных деталей на специальном оборудовании.

Так как большинство  деталей автомобильной и дорожной техники (валы, зубчатые колеса, шестерни, рычаги, оси, стаканы) изготавливаются партиями различных размеров, то в нашем случае тип производства – серийный

 

1.2. Выбор материала  для изготовления детали:

1.2.1. Соответствие  эксплуатационным требованиям

Условия работы нашей  детали достаточно сложны: динамические нагрузки, напряжения изгиба в теле зуба, высокие контактные нагрузки, износ сопрягаемых поверхностей и т.д. (для других случаев, например, воздействие воздуха, воды, масла, кислоты, тепловые воздействия и т.п.). Такие условия работы детали предъявляют к материалу особые требования. Сталь 10ХА, конструкционная, низколегированная, содержащая 0,10% углерода, по 1% хрома и азота, соответствует этим требованиям – после цементации обеспечивает высокую конструктивную прочность и износостойкость поверхности и хорошую вязкость сердцевины зуба.

1.2.2. Соответствие технологическим требованиям

С этой точки зрения сталь 10ХА удовлетворяет требованиям минимальной трудоемкости изготовления детали. Он обладает хорошей обрабатываемостью режущим инструментом, различными методами обработки давлением. Позволяет улучшать обрабатываемость предварительной термической обработкой (отжигом) и сформировать требуемые конечные свойства цементацией. Вышеперечисленное обеспечивает получение конструктивно прочной детали при наименьших затратах.

1.2.3. Соответствие экономическим требованиям

Сталь 10ХА обеспечивает изготовление наиболее дешевой конструкции, способной эффективно и длительно работать в заданных эксплуатационных условиях. Относительно недорогая сталь, применение которой технически и экономически целесообразно и оправданно, т.к. она дает экономический эффект за счет повышения долговечности деталей, уменьшения массы конструкции, уменьшения расхода запасных частей и, таким образом, экономии металла.

Упрочняющая ХТО – цементация позволяет повысить коэффициент экономической целесообразности использования выбранного материала в 1,2 - 1,5 раза.

 

2. Обоснование  способа получения заготовки

Заготовки для автомобильных  деталей серийного производства обычно выполняются штамповкой. Одним из производительных способов получения заготовок является штамповка на вертикально-ковочных машинах (ВКМ), производительность до 100 поковок в час. Штамповкой на ВКМ получают поковки массой 0,1 – 25 кг с максимальным диаметром 315 мм. Кроме ВКМ в качестве оборудования для штамповки применяют молоты и прессы.