Технология упрочнения вакуумно-плазменными покрытиями на основе вала-шестерни

Вал - шестерня по проекту (из стали 40Х) подвергается следующей термической обработке:

1) Предварительная термообработка

- Нормализация - 100 мин

2) Окончательная термообработка

- Закалка- 100мин

- Высокий отпуск- 100 мин

- Ионное азотирование -8 часов

Для получение нужной твердости материала окончательную термообработку (закалка и отпуск). Закалку проводим при температуре 840-860 ?С в печи марки СШЗ-6.6/10 структура при этой ТО будет мартенсит закалки, Для снижения хрупкости и увеличения пластичности и вязкости, после закалки применяю высокий отпуск при температуре 550-650?С в печи СШЗ-6.6/7 структура после данной ТО будет сорбит отпуска. Термоулучшение проводят также на образцах свидетелях из того же материала что и деталь. Для того чтобы узнать микроструктуру и возможные дефекты, образцы свидетели зачищают и определяют твердость а деталь подвергают испытанием на определения дефектов

Для увеличения твердости поверхности детали что позволит уменьшить износ детали при этом увеличить срок эксплуатации в несколько раз. Данная операция происходит следующим образом: изделие помещают в установку НГВ 6.6-И1 где происходит нагрев до 650?С выдержки и охлаждения до температуры 450?С и снова нагрев до 650?С выдержки и охлаждения до температуры 500,?Стак происходит 10 циклов общей продолжительностью 8 часов. Во время азотирования поверхность изделия покрывается азотированным слоем толщиной 0,28 мм и увеличивается твердость до НV=480-490. Преимущество азотировании заключается в том что после данной операции не нужно проводить механическую обработку такую как: шлифование и полировка что позволит значительно сократить затраты на производство.

Размещено на http:\\www.allbest.ru\

Рисунок. 1.16- Структура стали 40Х после азотирования

1.6 Выбор необходимого оборудования и расчет их количества

Характер оборудования и его конструкция определяются в первую очередь типом производства номенклатурой и материалом изделий, техническими требованиями, что предъявляются к готовой продукции, массой, размерами и конфигурацией изделий, режимами термической обработки и т.п.

Важное место занимает экономически обоснованный выбор самого эффективного источника тепловой энергии. По источнику получения теплоты печи подразделяются на топливные (газовые или мазутные) и электрические. Для топливных печей лучший вид топлива - природный газ, коксовый и генераторный.

Употребление жидкого топлива, например, мазут, может быть оправдано лишь при отсутствии газового топлива в районе эксплуатации термических печей. Работа печей на жидком топливе характеризуется нестабильностью температурного режима, неравномерностью нагрева, сравнительно плохими санитарными условиями труда, неблагоприятными условиями для использования контролируемых атмосфер. С решением проблемы повсеместного газоснабжения потребления жидкого топлива для потребностей термической обработки должно свестись к минимуму. Наилучшим, хоть и самым дорогим видом топлива является электроэнергия. Основные преимущества электрических печей: компактность, надежность и простота в эксплуатации, высокий КПД, высокая точность регуляциитемпературы, равномерность нагрева, возможность разработки любого теплового режима как по всему рабочему пространству печи, так и в отдельных зонах, хорошая стабильность и воспроизводимость температурных режимов, возможность комплексной автоматизации и механизации процессов, хорошие условия для употребления контролируемых атмосфер, возможность установки печей практически в любых помещениях при соблюдении хороших санитарных условий труда.

Оборудование выбирают при сравнительном анализе двух-трех вариантов оборудования, употребляемого при обработке аналогичных изделий. При этом выбранное оборудование должно быть компактным, легким и удобным при установке; занимать минимальные площади; при одинаковой стоимости подавляющее оборудование, которое имеет более высокую производительность, простоту обслуживания, надежность вэксплуатации; характеризуется минимальной затратой топлива, вспомогательных материалов, применять контролируемые атмосферы, механизации и автоматизации.

Азотирование проводим на установке НГВ-6.6/6-И1

Структура условного обозначения

НГВ-6.6/6-И1 УХЛ4:

Н - нагрев ионный;

Г - колпаковая;

В - среда в рабочем пространстве - вакуум;

6 - диаметр рабочего пространства, дм;

6 - высота рабочего пространства, дм;

6 - номинальная температура, сотни °С;

И1 - порядковый номер исполнения;

УХЛ4 - климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69.

Условия эксплуатации

Электропечь предназначена для эксплуатации в районах с умеренным климатом.

Атмосферное давление от 960 до 1040 ГПа.

Температура окружающей среды от 1 до 35°С.

Влажность окружающей среды от 30 до 80%.

Окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая пыль, в том числе токопроводящих в количестве, нарушающем работу электропечи.

Степень защиты электропечи IР00 по ГОСТ 14254-96.

Конструкция электропечи соответствует требованиям техники безопасности по ГОСТ 12.2.007.9-88.

Технические характеристики

Номинальное напряжение питающей сети, В - 380/220 Частота тока, Гц - 50 Потребляемая мощность, кВт - 40 Номинальная температура азотируемых деталей, °С - 600 Число фаз - 3 Предельное остаточное давление в холодном состоянии, Па - 6,65 Размеры рабочего пространства, мм: диаметр - 600 высота - 600 Среда в рабочем пространстве - смесь азота и водорода (аргон, углеводород) Максимальное напряжение питания разряда, В - 900 Диапазон разряда, А - 2-35 Время азотирования, ч - 8-24 Количество нагревательных камер - 1 Длительность цикла, ч - 12-32 Толщина азотированного слоя, мм, не менее - 0,2 Твердость поверхности азотированного слоя, кгс/мм2, не менее - 620Н5 Расход охлаждающей воды, м3/ч, не более - 5 Удельная мощность, кВт/м3 - 267 Масса садки, кг - 50 Масса электропечи (комплекса), т - 2,3

Расчет количества оборудования

Определяем объем термической обработки вала-шестерни в год. Он равен 1700 кг

(кг); (1,1)

- количество запасных изделий (х₂) 5%:

(кг).

Объем термической обработки

Х = х₀ + х₁ + х₂ = 1700+204+85 = 1989 (т)=2340деталей.

Определяем длину одной подложки установки

(1.2)

(мм)

Определяем площадь одного изделия

(мм)

Определяем количество изделий помещаемых в одну подложку установки

(1,3)

(шт)

Определяем общую длинну изделий

 (1,4)

(мм.)

Определяем оставшуюся расстояние между изделиями

(1,5)

(мм)

Определяем количество изделий загружаемых за один раз в печь

(1,6)

(шт)

Рассчитываем количество садок исходя из характеристики установки и годовой программы

(1,7)

(сад)

Рассчитываем время на химико-термическую обработку для все деталей

На основании проведенных опытов определили что на подготовку печи и ХТЦО садки потрачено 14 часов.

T= 98*14=1372 часов

Рассчитываю количество дней требуемых для ХТЦО всех деталей, установка работает в трех сменном режиме которая равна 24 часам.

Nдн=1372:24=57,1=58 дней, .

Выводы

1.Для проведения ХТЦО всех деталей нужно 1372 часов

2. Количество деталей загружаемой в одну садку равна 24 штук

3. Для рационального использования оборудования, обработку деталей считаю целесообразно провести ХТЦО в течении 58 дней.

Расчет оборудования для нормализации

Определяем объем термической обработки вала-шестерни в год. Он равен 1700 кг

(кг);

- количество запасных изделий (х₂) 5%:

(кг).

Объем термической обработки

Х = х₀ + х₁ + х₂ = 1700+204+85 = 1989 (т)=2340деталей.

Определяем длину одной подложки установки

(1,8)

(мм)

Определяем площадь одного изделия

(мм)

Определяем количество изделий помещаемых в одну подложку установки

(1,9)

 (шт)

Определяем общую длинну изделий

(1,10)

(мм.)

Определяем оставшуюся расстояние между изделиями

(1,11)

(мм)

Определяем количество изделий загружаемых за один раз в печь

(1,12)

(шт)

Рассчитываем количество садок исходя из характеристики установки и годовой программы

(1,13)

(сад)

Рассчитываем время на химико-термическую обработку для все деталей

На основании проведенных данных мы определили что время на нормализацию нужно 1час 40мин.=100 минут.

T= 98*100=9800 минут=164 часа.

Рассчитываю количество дней требуемых для нормализации всех деталей, установка работает в трех сменном режиме которая равна 24 часам.

Nдн=164:24=6,83=7 дней, .

Выводы

1.Для проведения нормализации всех деталей нужно 164 часов

2. Количество деталей загружаемой в одну садку равна 24 штук

3. Для рационального использования оборудования, обработку деталей считаю целесообразно провести ХТЦО в течении 7 дней.

Расчет оборудования для закалки

Определяем объем термической обработки вала-шестерни в год. Он равен 1700 кг

(кг);

- количество запасных изделий (х₂) 5%:

(кг).

Объем термической обработки

Х = х₀ + х₁ + х₂ = 1700+204+85 = 1989 (т)=2340деталей.

Определяем длину одной подложки установки

(1,14)

(мм)

Определяем площадь одного изделия

(мм)

Определяем количество изделий помещаемых в одну подложку установки

 (1,15)

(шт)

Определяем общую длинну изделий

(1,16)

(мм.)

Определяем оставшуюся расстояние между изделиями

(1,17)

(мм)

Определяем количество изделий загружаемых за один раз в печь

(1,18)

(шт)

Рассчитываем количество садок исходя из характеристики установки и годовой программы

(1,19)

(сад)

Рассчитываем время на термическую обработку для всех деталей

На основании проведенных данных мы определили что время на нормализацию нужно 1час 40мин.=100 минут.

T= 98*100=9800 минут=164 часа.

Рассчитываю количество дней требуемых для закалки всех деталей, установка работает в трех сменном режиме которая равна 24 часам.

Nдн=164:24=6,83=7 дней, .

Выводы

1.Для проведения закалки всех деталей нужно 164 часов

2. Количество деталей загружаемой в одну садку равна 24 штук

3. Для рационального использования оборудования, обработку деталей считаю целесообразно провести закалки в течении 7 дней.

Расчет оборудования для отпуска

Определяем объем термической обработки вала-шестерни в год. Он равен 1700 кг

(кг);

- количество запасных изделий (х₂) 5%:

(кг).

Объем термической обработки

Х = х₀ + х₁ + х₂ = 1700+204+85 = 1989 (т)=2340деталей.

Определяем длину одной подложки установки

(1,20)

(мм)

Определяем площадь одного изделия

(мм)

Определяем количество изделий помещаемых в одну подложку

 (1,21)

(шт)

Определяем общую длинну изделий

(1,22)

(мм.)

Определяем оставшуюся расстояние между изделиями

(1,23)

(мм)

Определяем количество изделий загружаемых за один раз в печь

(1,24)

(шт)

Рассчитываем количество садок исходя из характеристики установки и годовой программы

(1,25)

(сад)

Рассчитываем время на термическую обработку для всех деталей

На основании проведенных данных мы определили что время на отпуск нужно 1час 40мин.=100 минут.

T= 98*100=9800 минут=164 часа.

Рассчитываю количество дней требуемых для отпуска всех деталей, установка работает в трех сменном режиме которая равна 24 часам.

Nдн=164:24=6,83=7 дней .

Выводы

1.Для проведения отпуска всех деталей нужно 164 часа.

2. Количество деталей загружаемой в одну садку равна 24 штук.

3. Для рационального использования оборудования, обработку деталей считаю целесообразно провести отпуска в течении 7 дней.

Смета выбранного основного оборудования:

Нормализация, печь СШЗ-6.6/10 - 1 шт.

Закалка, печь СШЗ-6.6/10 - 1 шт

Высокий отпуск, печь СШО-6.6/7 - 1 шт

Установка для ионного азотирования -1шт

Работа печей невозможна без целого комплекса дополнительных комплектующих установок. К числу основных комплектующих установок, непосредственно обеспечивающих проведение технологического процесса термического упрочнения, относятся:

- Моечно-сушильные машины;

- Маслоохладительные установки или закалочные баки;

- Транспортные механизмы;

- Приборы для измерения твердости.

Моечно-сушильные машины.

Моечно-сушильные машины представляют собой комплекс, состоящий из трех секций: промывки, споласкивания и сушки

Секция - конструктивно завершенный элемент, оборудованный насосной установкой, моечной системой и разводкой трубопроводов с теплообменником.

Промывку деталей осуществляем методом душирования (струйная промывка). Этим методом осуществляется подача моющего раствора в зону обработки.

Конструкция такой машины состоит из герметичного каркаса, емкости для моющего раствора, системы сопл и насосов. В верхней части каркаса расположен вентилятор и система отсоса. Для сокращения потерь моющего раствора на системе отсоса смонтирован конденсатор.

Камера промывки расположена над емкостью для моющего раствора. По боковым стенкам, над и под направляющими для размещения садки промываемых деталей расположены трубопроводы и системы сопл.

Нагрев раствора в баке производится острым паром или трубчатыми нагревателями, обогреваемыми газом или электросопротивлениями. Для контроля за ходом процесса на машинах имеются термометры и манометры, регистрирующие рабочее давление насоса, и реле времени.

Секция сушки деталей представляет собой нагреваемую камеру с организованными направленными потоками воздуха. Температура нагрева (120°С) обеспечивается газовыми или электрическими нагревателями. Достаточно высокая герметичность обеспечивает низкий расход тепловой энергии.

Особое регулируемое приспособление дает возможность добавлять во входное отверстие вентилятора некоторое количество свежего воздуха, который таким образом примешивается к горячему и насыщенному влагой воздуху, непрерывно циркулирующему вокруг осушаемых деталей. Дно камеры образовано наклонным листом, позволяющим удалять продукты конденсации в направлении фильтра прополаскивающей машины.

Количество моечно-сушильных машин, которые используем в производстве составляет 1 штука.

Маслоохладительные установки или закалочные баки.

Обычные охладители при термической обработке - вода и масло находятся в закалочных баках. Для охлаждения используем немеханизированные баки с охлаждением закалочной жидкости. В баках с охлаждением закалочной жидкости применяем следующий способ охлаждения: путем установки в баке змеевика с циркулирующей холодной водой. К немеханизированным бакам относятся баки, не имеющие специальных устройств для выдачи охлажденных деталей на воздух. Эти баки изготовляют с помощью сварки прямоугольной, квадратной или цилиндрической формы из листовой малоуглеродистой стали толщиной 4-6 мм. При шахтных закалочных печах устанавливаем цилиндрические баки высотой, немного превышающей высоту рабочего пространства печи

1.7 Разработка планировки термического участка (отделения, цеха) и грузопотоков

Наружные стены здания изготовлены из железобетонных панелей толщиной 300мм. Ширина пролёта составляет 12 м, а шаг колонн 6 м. Высота до ферм составляет 8 м. Транспортный проезд составляет 3 м. Он предусмотрен для проезда транспортных средств.

Расположение оборудования на плане участка проводится по технологическому процессу с учётом обеспечения поточности производства и непрерывности работы на участке. Грузопотоки не должны пересекаться. В зависимости от технологического процесса термообработки расположение оборудования следующее: в начале цеха располагается склад заготовок.

Туда поступают заготовки после формообразования (после ХПД). Так как после формообразования заготовок, для последующей их механической обработки, необходимо провести полный отжиг, то сразу за складом заготовок находятся одна шахтная печь СШЗ-4.10/10,5 .

За ними печь для закалки СШЗ-4.10/10,5 и два закалочные баки, печь для высокого отпуска отпуска типа СШЗ-4.10/10,5 и установка для азотирования типа НГВ 6.6/6 -И1. При последующем продвижении располагается участок ОТК, где проверяют 10% продукции, и затем всю изготовленную продукцию отправляют на склад готовой продукции.

Размер цеховых ворот 4Ч4. Полы выполнены из цемента. Он должен иметь твёрдое и прочное покрытие на проезжей части и на участках складирования, не скользить и хорошо очищаться от различных загрязнений. Окна шириной 2 м с одинарным остеклением. Для улучшения освещённости здания фермы снабжены фонарями.

Расчет общей площади цеха

Sобщ=Sпроизв+Sсл-бы+Sдон

1.8 Технический контроль, предупреждение и устранение браку

Технический контроль качества продукции определяется совокупностью мероприятий, что осуществляются на всех стадиях производства с целью предотвращения или ликвидации нехватки и обеспечения выпуска продукции согласно с установленными требованиями. Он включает контроль качества исходных материалов, контроль технологических процессов и контроль продукции термического участка.

В термических цехах применяются такие виды контроля: предварительный, промежуточный, периодический, окончательный.

Предварительный (профилактический) контроль используют для предупреждения брака. Сюда принадлежат контроль исходных материалов, контроль пуска первой партии с тем, чтобы уже в начале обработки определить, правильно сложен ли технологический процесс и выдерживаются ли условия выполнения каждой операции.

Промежуточный (межоперационный) контроль осуществляется между операциями термообработки, чтобы не допустить появления нехватки при следующей обработке деталей (например, контроль твердости закаленных деталей перед отпуском).

Периодический (летучий) контроль проводится в основном в тех местах, где опасность появления брака относительно больше (например, контроль температуры закалочных сред).

Окончательный контроль осуществляется после завершения всех операций термообработки. Его заданием является испытание, а также окончательное техническая приемка готовой продукции. По степени охватывания деталей проверкой он может быть сплошным или выборочным. При сплошном контроле проверяются все поданные для сдачи детали, при выборочном - определенный предварительно установленный процент общего количества деталей.

В местах выполнения контрольных операций различают переменный (на рабочих местах) и стационарный (в лабораториях, на контрольно-проверяющих постах и тому подобное) контроль.

Вид и способ контроля устанавливают в зависимости от назначения, сложности и трудоемкости изготовления детали, последовательности выполнения операций. Технология контроля указывается в соответствующих технологических картах.

Общезаводским органом технического контроля является отдел технического контроля (ОТК). Решение при оценивании качества продукции ОТК принимает независимо от других служб завода.

Технический контроль на рабочих местах осуществляют контролеры-браковщики (ими руководит контрольный мастер), закрепленные за определенными участками, контрольными стендами или объектами.

Работники технического контроля цехов функционально подчинены ОТК, а административно - начальнику цеха. Контрольный мастер наделен правом прекращения выпуска продукции в случае выявления нехватки или отклонения от установленного технологического процесса.

Во время принятия готовых изделий складывается акт об испытании и принятии. На бракованные изделия выписывается дефектная карта, если нехватка поправимая, или акт о непоправимой (окончательный) нехватке. Принятые контролером детали клеймят, а бракованную продукцию отправляют в изолятор бракованных изделий.

Чтобы повысить ответственность рабочих за качество изготовленной ими продукции, на многих предприятиях лучшим рабочим дается право сдавать свою продукцию с личным клеймом без ОТК.

В последнее время на многих машиностроительных предприятиях широко применяют систему бездефектного изготовления продукции и ее сдачу из первого представления. Основой этой системы является самоконтроль. Рабочие и мастера к представлению изделий ОТК обязаны убедиться в соответствии их требованиям чертежей и технических условий. В этом случае работники ОТК не занимаются контролем всех изделий, а осуществляют выборочный контроль их.

Эффективность использования бездефектного изготовления продукции определяется тем, что на многократное представление изделий ОТК нужны дополнительные расходы производства, которые отбиваются на заработной плате рабочих.

Дефекты азотирования и их предупреждение.

Деформация и изменение размеров. По температурному режиму азотирование подобно длительному высокому отпуску. Если предварительная термическая обработка до азотирования была проведена недостаточно тщательно, а именно, при отпуске вследствие малой выдержки или пониженной температуры не были устранены внутренние напряжения, то при азотировании происходит доотпуск. Внутренние напряжения при этом снимаются, и, как следствие, возникает коробление.

Наряду с этим большие внутренние напряжения присущи самой природе азотированного слоя.

Насыщение стали азотом приводит к увеличению ее удельного объема, поэтому, как и при поверхностной закалке, в азотированном слое возникают большие внутренние сжимающие напряжения. Такие напряжения не всегда бывают уравновешенными, особенно в деталях несимметричной формы, и в результате опять-таки возникает коробление.

Прямым следствием возрастания удельного объема азотированного слоя является увеличение размеров. Чем больше глубина азотированного слоя, тем больше увеличение размеров. Например, при глубине слоя 0,5 мм размеры детали увеличиваются на 0,02--0,04 мм на сторону. Ориентировочно можно принять, что размер детали увеличивается в среднем на 4--6% от толщины азотированного слоя. Чтобы избежать брака по размерам, необходимо при предварительной механической обработке предусмотреть соответствующее занижение размеров.

Хрупкость и шелушение. Хрупкость азотированного слоя возникает при пересыщении его азотом. В результате на поверхности детали образуется тонкая корочка, состоящая из хрупких нитридов.

Хрупкость такого рода чаще возникает при одноступенчатом цикле азотирования с большой длительностью процесса. Хрупкая корочка может быть удалена путем шлифовки. С этой целью достаточно сошлифовать слой толщиной 0,01 -- 0,05 мм. Поверхностная твердость при этом не снижается.

Дефект в виде шелушения азотированного слоя наблюдается преимущественно при азотировании высокохромистых сталей. Крупнозернистая структура способствует шелушению. Иногда дефект шелушения проявляется в виде полос вдоль направления прокатки, что связано с неоднородностью структуры перед азотированием.

Пониженная твердость слоя. Возможны три причины такого дефекта:

1) завышенная температура процесса, приводящая к укрупнению нитридов и, следовательно, снижению твердости;

2) крупнозернистая структура, обусловливающая пониженную твердость внутренней части зерен вследствие диффузии азота по границам зерен;

3) обезуглероживание, приводящее к образованию ферритной структуры, в которой нитриды всегда формируются в виде крупных частиц, не обеспечивающих высокую твердость.

Пятнистая твердость. Неоднородная по величине твердость в пределах одной детали вызывается двумя причинами: неравномерностью величины зерна в стали и попаданием на азотируемую поверхность олова или жидкого стекла.

Пониженная толщина слоя. Пониженная температура процесса и недостаточное время выдержки -- вот основные причины такого дефекта.

При азотировании деталей из коррозионно-стойких и жаропрочных сталей важное значение имеет также подготовка поверхности. Тонкая окисная пленка, появляющаяся на поверхности таких сталей, тормозит азотирование. Если окисную пленку удаляют перед азотированием путем шлифовки или травления, то за период до начала азотирования вновь может образоваться такая пленка, и в результате толщина слоя будет пониженной.

Брак при азотировании по заниженной толщине слоя и твердости может возникнуть также при установке новых муфелей и корзин. В этом случае азот расходуется на азотирование металлических частей. Во избежание такого брака нужно первый процесс производить на холостом ходу, т. е. без загрузки деталей.

Для магнитной дефектоскопии деталей применяют приборы УМД-2500, УМД-9000, УМД-10000, М-217, АЭС-3, МДА-3 и др.

Магнитный метод широко используют для определения структуры, а также твердости деталей после термообработки. Он основывается на связи их механических и физических свойств с магнитными характеристиками: остаточной индукцией В, коэрцетивной силой Нс и магнитной проницаемостью. На этом принципе разработана широкая гамма приборов, которыми оснащают современные автоматические линии термообработки.

Для определения количества остаточного аустенита в деталях после закала и отпуска применяют магнитные аустенометры МА1-5, МА5-15, МА15-52 и др. Принцип действия этих приборов заключается в том, что остаточный аустенит (немагнитная структурная составляющая) уменьшает напряженность магнитного поля, а следовательно, значение электродвижущей силы, что наводится деталью в обмотке измерительной катушки. Чувствительность магнитных аустенометров составляет 1...2%.

Количество -фазы в нержавеющих сталях после термообработки определяют альфа-фазометрами.

Коерцитивная сила, однозначно зависит от твердости стали. Эта закономерность используется для контроля твердости, глубины закаленного и диффузионного рдел, выявления недогрева, перегрева, а также мягких пятен посредством коорцитометров КИФМ-1, ТАМ-6 и магнитных приборов ПМПК-2, ЗМИД-3. Такие приборы часто монтируют в поточные и автоматизированные линии.

После магнитного контроля детали размагничивают в соленоиде.

Люминесцентный метод применяют для выявления несплошностей, что выходят на поверхность деталей из разных материалов и особенно тех, которые не имеют ферромагнитных свойств. Он основывается на способности некоторых веществ (люминофоров) светиться при облучении их ультрафиолетовым светом.

Деталь, которую контролируют, после тщательной очистки окунают на 10...15 мин в жидкость (смесь трансформаторного масла и керосина), что содержит люминофор.

2. Специальная часть

В погоне за прочностью человек изобретает всё новые и новые способы воздействия на металл, укрепляя его структуру и делая его твёрже. Одним из таких способов является азотирование.

Суть данного уникального метода заключается в насыщении поверхности металлических деталей азотом. В результате этого повышается твердость, износоустойчивость, так называемый предел усталости, а также устойчивость к коррозии. Азотированию в основном подвергается сталь, титан, определённые сплавы, самые распространенные среди которых - легированная сталь, в особенности хромоалюминиевая, а также сталь, содержащая ванадий и молибден.

Процесс азотирования стали является многостадийной химической реакцией, которая происходит при температуре 500-650 C в аммиачной среде. В итоге, металл, подвергшийся азотированию, значительно превосходит по износостойкости закалённые и цементированные стали. Однако, азотирование - процесс длительный. Так, для получения слоя толщиной 0,2-0,4 мм требуется 20-50 часов. При увеличении температуры процесс ускоряется, но тогда значительно страдает твердость слоя. А для уменьшения хрупкости слоя при азотировании жаропрочной стали используют смесь аммиака и азота.

Азотирование титана также имеет свои особенности. Так при обработке титановых сплавов используется азот высокой чистоты, а не аммиак. Это обусловлено тем, что при проведении азотирования в аммиаке увеличивается хрупкость металла. Еще одной особенностью обработки титана является проведение процесса при более высоких температурах (850-950 C).

Особенной разновидностью азотирования является ионно-плазменное азотирование.

Данный метод является одной из разновидностей химико-термической обработки деталей машин, различного инструмента, литьевой и штамповой оснастки, которая обеспечивает диффузное насыщение поверхностного слоя азотом и углеродом в азотно-водородной плазме при температуре 400-600 C, а также титана и его сплавов при температуре 800-950 C в азотной плазме. Существуют специальные автоматизированные аппараты качественного проведения процесса азотирования.

Ещё одним новшеством является каталитическое газовое азотирование. Это новая технология низкотемпературной химико-термической обработки машин и различного инструментария. Уникальность данного метода состоит в том, что он сокращает длительность обработки в 2-4 раза. В то же время срок службы обработанного материала увеличивается в 1,5-3 раза, что превосходит показатели традиционного газового азотирования. Неоспоримым достоинством являются стабильные результаты по качеству наложения слоя.

Можно однозначно утверждать, что азотирование нашло своих почитателей и вполне успешно используется для покорения новых высот в области прочности металла, а также для достижения поставленных целей при работе с металлом, используемым в тяжелых температурных условиях.

Суть ионно-плазменного азотирования заключается в том, что в разряженной до 200-000 Па азотсодержащей газовой среде между катодом, на котором располагаются обрабатываемые детали, и анодом, в качестве которого служат стенки вакуумной камеры, возбуждается аномальный тлеющий разряд, образующий активную среду (ионы, атомы, возбужденные молекулы). Это обеспечивает формирование на поверхности изделия азотированного слоя, состоящего из внешней - нитридной зоны и располагающейся под ней диффузионной зоны.

Варьируя состав насыщающего газа, давление, температуру и время выдержки, можно получать слои заданной структуры и фазового состава, обеспечивая строго регламентируемые свойства сталей, чугунов, титана и сплавов. Оптимизация свойств упрочняемой поверхности обеспечивается за счет необходимого сочетания нитридного и диффузионного слоев, которые врастают в основной материал. В зависимости от химического состава нитридный слой является либо y-фазой (Fe4N) либо e-фазой (Fe2-3N). e-нитридный слой является коррозийно-стойким, а y-слой - износостойким и относительно пластичным. При этом, в зависимости от целей обработки, в результате ионно-плазменного азотирования возможно получение:

диффузионного слоя с развитой нитридной зоной, обеспечивающей высокую сопротивляемость коррозии и прирабатываемость трущихся поверхностей - для деталей, работающих на износ;

диффузионного слоя без нитридной зоны - для режущего и штампового инструмента и деталей, работающих при знакопеременных нагрузках в условиях изнашивания при высоких давлениях.

В результате ионного азотирования можно улучшить следующие характеристики изделий:

износостойкость,

усталостную выносливость,

антизадирные свойства,

теплостойкость,

коррозионную стойкость.

ОСНОВНЫЕ ДОСТОИНСТВА

Основным достоинством метода является стабильное качество обработки с минимальным разбросом свойств от детали к детали и от садки к садке. В сравнении с широко используемыми способами упрочняющей химико-термической обработки стальных деталей, такими, как цементация, нитроцементация, цианирование и газовое азотирование в печах, метод ионно-плазменного азотирования имеет следующие основные преимущества:

более высокая поверхностная твердость азотированных деталей,

отсутствие деформации деталей после обработки,

повышение предела выносливости и увеличение износостойкости

обработанных деталей,

более низкая температура обработки, благодаря чему, в стали не происходит структурных превращений,

возможность обработки глухих и сквозных отверстий,

сохранение твердости азотированного слоя после нагрева до 600 - 6500С,

возможность получения слоев заданного состава,

возможность обработки изделий неограниченных размеров и форм,

отсутствие загрязнения окружающей среды,

повышение культуры производства,

снижение себестоимости обработки в несколько раз.

Преимущества ИПА проявляются и в существенном сокращении основных издержек производства. Так, например, по сравнению с газовым азотированием в печах, ИПА обеспечивает:

сокращение продолжительности обработки в 2 - 5 раз, как за счет снижения времени нагрева и охлаждения садки, так и за счет уменьшения времени изотермической выдержки,

сокращение расхода рабочих газов в 20 - 100 раз,

сокращение расхода электроэнергии 1,5 - 3 раза,

снижение деформации настолько, чтобы исключить финишную шлифовку,

улучшение санитарно-гигиенических условий производства,

полное соответствие технологии всем современным требованиям по охране окружающей среды.

По сравнению с закалкой обработка методом ИПА позволяет:

исключить деформации,

увеличить ресурс работы азотированной поверхности в 2-5 раз.

Для некоторых изделий (шестерни большого диаметра и др.) ионное азотирование является единственным способом получения готового изделия с минимальным процентом брака.

ИПА может использоваться на производстве взамен жидкостного и газового азотирования, цементации, нитроцементации и ТВЧ-закалки. Кроме того, процесс ИПА обеспечивает полную экологическую безопасность.

Почему мы выбираем вакуумное ионно-плазменное азотирование?

В сравнении с широко используемыми способами упрочняющей химико-термической обработки стальных деталей, такими, как цементация, нитроцементация, цианирование и газовое азотирование в печах, метод ИПТА имеет следующие основные преимущества:

* более высокая поверхностная твердость азотированных деталей;

* отсутствие деформации деталей после обработки;

* повышение предела выносливости и увеличение износостойкости обработанных деталей;

* возможность обработки глухих и сквозных отверстий;

* сохранение твердости азотированного слоя после нагрева до 600 - 650 °С;

* возможность получения слоев заданного состава;

* возможность обработки изделий неограниченных размеров и форм;

* отсутствие загрязнения окружающей среды;

* повышение культуры производства;

* существенное снижение себестоимости обработки (Рис.1);

* более низкая температура обработки, благодаря чему, в детали не происходит структурных превращений (Рисунок 2);

Преимущества ИПТА проявляются и в существенном сокращении основных издержек производства.

Так, например, по сравнению с газовым азотированием в печах, ИПТА обеспечивает:

* сокращение продолжительности обработки в 2 - 5 раз, как за счет снижения времени нагрева и охлаждения садки, так и за счет уменьшения времени изотермической выдержки (Рисунок 3);

* сокращение расхода рабочих газов в 20 - 100 раз;

* сокращение расхода электроэнергии 1,5 - 3 раза;

* снижение деформации настолько, чтобы исключить финишную шлифовку;

* улучшение санитарно-гигиенических условий производства;

* полное соответствие технологии всем современным требованиям по охране окружающей среды.

По сравнению с закалкой обработка методом ИПТА позволяет:

* исключить деформации;

* увеличить ресурс работы азотированной поверхности в 2-5 раз.

Применение ИПТА вместо цементации, нитроцементации, газового или жидкостного азотирования, объемной или ТВЧ закалки позволяет сэкономить основное оборудование и производственные площади, снизить станочные и транспортные затраты, уменьшить расход электроэнергии и активных газовых сред.

Основными потребителями оборудования и метода ионно-плазменного термоциклического азотирования являются автомобильные, тракторные, авиационные, судостроительные и судоремонтные, машино- и станкостроительные заводы, заводы по производству сельскохозяйственной техники, насосного и компрессорного оборудования, шестерен, подшипников, алюминиевых профилей, энергетических установок и др. (см. табл. 1). Метод ИПТА является одним из наиболее современных направлений химико-термической обработки на Украине.

ИПТА предназначено для азотирования деталей машин. Служит для поверхностного упрочнения деталей из конструкционных сталей различных структурных классов (перлитного, мартенситного и аустенитного), титановых сплавов и сплавов на основе тугоплавких металлов. При этом повышается прочность, твердость, износостойкость, выносливость, коррозионная стойкость, а при сквозном насыщении высокотемпературная прочность и жаропрочность.

Принцип действия ионно-плазменного термоциклического азотирования заключается в том, что в разреженной азотсодержащей газовой среде между катодом (деталью) и анодом (стенками вакуумной установки) возбуждается тлеющий разряд. Положительные ионы с высокой энергией, бомбардируя поверхность детали, нагревают ее и внедряются в нее, формируя твердый раствор азота в металле, а при достижении предела растворимости -- нитридные фазы. Структура азотированного слоя в общем случае состоит из двух зон: внешней -- нитридной зоны и располагающейся под ней диффузионной зоны, состоящей из твердого раствора с дисперсными включениями промежуточных фаз. Особенностью разработанной технологии являются импульсные термоциклические режимы обработки. Воздействие на деталь можно сравнить с обработкой бетонных поверхностей префоратором: при невысоких энергиях удара и циклической частотой воздействия выполняемая работа является максимальной. Таким образом за короткий промежуток времени достигается высокое качество обработки с минимальными затратами.

Преимущества: возможность получения более качественных азотированных слоев по всей обрабатываемой поверхности детали; сокращение продолжительности обработки (сталей -- в 3-5 раз, титановых сплавов -- в 5-10 раз); возможность регулирования процесса азотирования для оптимизации слоев по строению, фазовому составу и свойствам; снижение хрупкости упрочненного слоя; бездеформационность деталей в процессе обработки и высокая чистота поверхности; исключение операции депассивации; простота и надежность экранной защиты от азотирования неупрочняемых поверхностей по сравнению с гальваническими покрытиями (например, никелерованием); уменьшение расхода электроэнергии в 8-10 раз и расхода газов в 30-50 раз; полная экологическая безопасность обработки в безвредной газовой среде; возможность упрочнения широкой номенклатуры деталей различной формы и типоразмера. В том числе длинномерных, тонкостенных, с глубокими отверстиями малого диаметра (1-2 мм). Полное отсутствие ограничений по виду используемого материала (например, низко- и среднеуглеродистые, высокопрочные комплексно-легированные и мартенситно-стареющие стали, титановые сплавы, сплавы на основе хрома, ванадия, молибдена, ниобия и тантала), а так же алюминий.

Область применения: машиностроение, транспорт, энергетика, нефтедобыча и другие отрасли промышленности.

Технология азотирования деталей разработана с ориентацией на установки тлеющего разряда нового поколения. При проведении процесса азотации непременно присутствует атмосфера, которая не была откачена вакуумными насосами (остаточный кислород). Новая технология позволяет оказаться от водородных смесей, которые нейтрализуют оксидные пленки, препятствующие диффузионному насыщению азотом поверхности детали. Известно, что наличие водорода пагубно сказывается на прочности изделий, работающих в условиях высоких контактных нагрузок. Водород попросту охрупчивает поверхность детали. Устранить этот недостаток возможно применением технологии ионно-импульсного термоциклического азотирования, которая позволяет снизить рабочую температуру процесса за счет воздействия импульсов короткой длительности и большой амплитуды. При таком воздействии на поверхность мощными энергетическими пучками сердцевина детали в целом остается холодной, а оксидные пленки разрушаются (эффект травления поверхности).

Рисунок 2.1. - Стоимость различных методов ХТЦО

Рисунок 2.2.- Температура Методов ХТЦО



Рисунок 2.3.- Зависимость глубины слоя от продолжительности процесса

Цементация, нитроцементация и ТВЧ-закалка оправдывают себя при изготовлении тяжелонагруженных деталей (зубчатые колеса, оси, валы и др.) низкой и средней точности, не требующих последующей шлифовки.

Указанные виды термообработки экономически нецелесообразны при изготовлении средне- и низконагруженных высокоточных деталей, т.к. при данной обработке наблюдается значительное коробление и требуется последующая шлифовка. Соответственно, при шлифовке необходимо снимать значительную толщину упрочненного слоя.

ИПТА позволяет полностью устранить коробление и деформацию деталей при сохранении шероховатости поверхности в пределах Ra=0,63...1,2 мкм, что позволяет в подавляющем большинстве случаев использовать ИПТА как финишную обработку.

ИПТА наиболее эффективно при обработке крупносерийных однотипных деталей: шестерен, валов, осей, зубчатых валов, вал-зубчатых шестерен и др. Шестерни, подвергнутые плазменному азотированию, имеют лучшую стабильность размеров по сравнению с цементированными шестернями и могут использоваться без дополнительной обработки. При этом несущая способность боковой поверхности и прочность основания зуба, достигаемые с помощью плазменного азотирования, соответствуют цементированным шестерням. В мире широко используется технология ИПТА

3. Теплотехническая часть

Данные для расчета:

Масса детали g_д= 0,85 кг.

Поверхность нагрева S= 0,0404 м².

Насыпная масса с_н= 1054,8 кг/м³.

Плотность с= 7652 кг/м³.

Удельная теплоемкость с= 0,66 кДж/кгЧград.

Температура нагрева t_к= 850⁰С.

Температура посадки t_н= 15⁰С.

Производительность G= 80 кг/ч

Общие потери тепла Q_пот= 4,0 кВт.

Напряжение сети U= 380 В.

Загрузка печи g= 600 кг.

Объем садки в печи:

(м³). (3.1)

Удельная поверхность загруженных изделий находится по формуле

(м²) (3.2)

Общая поверхность изделий в садке:

(м²). (3.3)

Длительность цикла нагрева находится из формулы:

(ч). (3.4)

Минимальное время нагрева при длительности загрузки - выгрузки 0,1 ч:

(ч). (3.5)

Оптимальная мощность печи:

(кВт) (3.6)

Тепловой поток на поверхность изделий:

(кВт/м²) (Вт/см²). (3.7)

Температура циркулирующей среды:

(?С). (3.8)

Нагрев с постоянной мощностью до температуры:

(?С). (3.9)

Минимальное значение коэффициента теплоотдачи:

кВт/ м²Чград (3.10)

Для нахождения скорости воздушного потока, соответствующей найденому б, корректируем его значение, учитывая специфичность нагреваемой массы изделий (изделия средних размеров в висячем положении), соответствующим поправочным коэффициентом 1,3 и температурным (для 850⁰С) - 0,96. Тогда:

(3.11)

Время нагрева на основе найденных теплотехнических параметров с учетом двух этапов ф₁(мощность const) и ф₂ (температура циркуляционной среды const):

(ч).(3.12)

Полагаем, что нагревательные элементы расположены двумя параллельными поясами высотой В= 360 мм и с зазором между ними 80 мм. Мощность одного нагревателя 12 кВт.

При скорости циркулирующего потока воздуха 1,86м/сек мощности 12 кВт и питающего напряжения 220 В находим размеры сечений нагревателей и допустимую удельную мощность:

а = 0,9 см, b = 9 см,

m = b / а =9 / 0,9 = 10 см;

х_доп = 1,7 Вт/см² - допустимая удельная мощность.

Выбираем вариант с ленточными нагревателями из сплава Х20Н80 со следующими физическими свойствами: плотность с= 7,84 г/см³, сопротивлением с_t = 1,16 ом^. мм²/м, сечением 0,9Ч9 см.

Сопротивление нагревателя:

(3.13)

Длина нагревателя:

(3.14)

Действительная поверхностная нагрузка н_д:

(3.15)

что меньше допустимой н_д=1,7 (Вт/см²).

Масса нагревателя:

g = 0,096 а b l с = 0,096 0,9 9 7880 0,00784 = 48 (кг). (3.16)

Нагреватель занимает место по окружности печи:

L = D_вн - 0,3 = 3,14 0,6 - 0,3 = 1,58 (м). (3.17)

Определяющий размер конструкции нагревателя (шаг зигзага):

(3.18)

Сечение выводов нагревателей:

S_в = 3 а b = 3 0,9 9 = 24,3 (мм²). (3.19)

4. Обоснование экономической эффективности внедрения ионного азотирования а вала-шестерни из стали40Х

4.1 Сегментация рынку металлургической продукции, что занимает «ДП УБ и ВТ» на рынке Украины

Таблица 4.1 За размерами организации

Параметр	Форма собственности	Оценка
	Государственные	Частные	Индивидуальные
Срок эксплуатации	***	***	**	8
Условие работы	**	**	**	6
Надежность	**	**	***	7
Цена	*	**	***	6
Качество	**	***	***	8
Всего	10	12	10

*- маловажный параметр

**- важный параметр

***- очень важный параметр

За результатами таблицы можно сделать вывод:Самым важным фактором при выборе метал. продукции есть срок эксплуатации, надежность, качество. Наиболее перспективно делать акцент на предприятия частной формы собственности.

Таблица 4.2 За местом расположения

Параметр	Форма собственности	Оценка
	В мегаполисах	В городах средних размеров	В сельской местности
Срок эксплуатации	***	**	**	7
Условие работы	***	***	***	9
Надежность	**	**	***	7
Цена	***	**	***	8
Качество	**	**	***	7
Всего	10	12	10

За результатами таблицы можно сделать вывод:

1)Самым важным фактором при выборе метал. продукции для предприятий расположенных мегаполисах, городах средних размеров, сельской местности есть условие работы, цена, качество.

Таблица 4.3.По масштабам организации

Параметр	Пользователи	Оценка
	Малые предприятия	Средние предприятия	Большые предприятия
Вес	**	**	**	6
Габариты	***	***	**	8
Материал	***	***	***	9
Способ упрочнения	***	***	**	8
Констр. свойства детали	***	***	***	9
Всего	14	14	12

За результатамы таблицы можно сделать вывод, что малые предприятия акцентируют внимание на материал, так как большые предприятия на констр. свойства детали.

4.2 Оценка конкурентоспособности товара

Выполним сравнительную оценку качества собственной продукции и конкурентов, на примере детали вал-шестерня из стали 40Х. Модели каждой фирмы та характеристики сравнительной продукции приведении в таблице.

Таблица 4.4 Параметры изделия

Изделия	ПАРАМЕТРЫ ИЗДЕЛИЯ
	Цена,руб.	Вес,кг	Ср.Сл,Г	Число зубьев,N	Коэфф. смещения
Изделие №1	290	0,850	4	14-	0,576-
Аналог-1	280-	0,800-	5	15	0,620
Аналог-2	330	0,950	6-	16	0,600
Весомость	0,25	0,05	0,4	0,15	0,15

Цветом обозначены лучшие показатели

Обобщенная характеристика КСП определяется по формуле:

если лучше является макс. параметр

-

если лучше параметр является мин. параметр

(4.1)

(4.2)

(4.3)

Вывод: Наиболее конкурентоспособной есть аналог детали№3, так как самый меньший.

Построение цыклограмы качества

Рассчитываем площадь каждого многоугольника. Для этого разбиваем их на треугольники, находим площадь каждого треугольника и скорбим полученные значения.

1)

2)

3)

Вывод анализ цыклограмы показав, что наибольшую конкурентоспособность имеет аналог №2.

4.3 Определения уровня цены

Чтобы определить цену на деталь вал-шестерня, сначала определяем диапазон, за который не сможет выходить значение.

Минимальная цена определяется, исходи из отпускной стоимости при которой фирма закупает технику у завода-производителя, а также добавляется наценка торгового агента(37%)

руб (4.4)

Цв=290руб

Максимальную цену определяем на основе показателей конкурентоспособности

Таблица 4.5. Определение цены изделия

Изделия	ПАРАМЕТРЫ ИЗДЕЛИЯ
	Цена,руб.	Вес,кг	Ср.Сл,Г	Число зубьев,N	Коэфф. смещения
Изделие №1	?	0,850	4	14-	0,576-
Аналог-1	280-	0,800-	5	15	0,620
Аналог-2	330	0,950	6-	16	0,600
Весомость	0,25	0,05	0,4	0,15	0,15

C таблицы мы видимо, что наиболее весомый параметр- это срок годности. Исходя из этого, можно определить значение цены, используя данные конкурентов:

- цена изделия для конкурентов.

- коэфф. смещения для конкурентов

(4.5)

На основе полученных данных построимо карту позиционирования по параметрам цены и качества.

Таблица 4.6 Карта позиционирования цены и качества

	Цена
		Высокая	Средняя	Низкая
Качество продукции	Высокая
	Средняя	Изделия №1	Аналог-1	Аналог-2
	Низкая

4.4 Реклама

Завод УБ и ВТ предлагает вал-шестерни нового поколения. Наши детали имеют отличное качество, высокий срок эксплуатации, отвечают всем механическим, технологическим свойствам и самое главное их низкая цена.

Размещено на http:\\www.allbest.ru\



Рисунок 4.1- Вал-шестерня

ЧП «УБ и ВТ»

Тел.: 050 375 80 93

Факс: 044 274 99 12

ICQ: office@ ubt-ua.com

Адрес: Украина, 40020, г.Сумы, ул.Комарова

4.5 Калькуляция себестоимости единицы продукции

Таблица4.7. Калькуляция себестоимости единицы продукции.

Наименование статей расходов	Сумма по проекту, грн.	Сумма по базовому варианту, грн.
Сырье и основные полуфабрикаты	0,617	-
Вспомогательные материалы	0,066	0,075
Покупные полуфабрикаты	192,37	148
Транспортные изготовительные расходы	0,425	0,47
Топливо энергия всех видов на технологические цели	- 3,5	- 1,9
Основная зарплата производственных рабочих	0,9	0,4
Дополнительная зарплата производственных рабочих	0,02	0,05
Отчисления на соц. Страх	0,04	0,02
Содержание и эксплуатация оборудования	12,85	8,72
Цеховые расходы	148	124,6
Цеховая себестоимость	370	300
Общезаводские расходы (60-130% от з/пл. основных производственных рабочих)	2,52	2,34
Производственная себестоимость	365	287
Внепроизводственные расходы (0,5-3% от производственной себестоимости)	4,9	3,8
Полная себестоимость	366,39	290,42

4.6 Расчет и сравнение технико - экономических показателей проектируемого и базового вариантов

Размер планируемой прибыли от реализации продукции рассчитывается как разность между оптовой ценой и полной себестоимостью:

По проекту

П = (Ц_о - С_пл) * В_{г (4.6)}

где Ц_о - оптовая цена предприятия на продукцию

В_г - годовой объем производства.

Ц_о=366,39*(1+25/100) =457,98грн

П = (457,98- 366,392) * 2000 = 183176 грн.

Общую рентабельность производства и рентабельность изделия находят по формулам:

Р₀= П*100/(С_о.ф.+С_о.е.) (4.7)

Р_пр=П*100/С (4.8...