Термическая обработка деталей

Размещено на http://www.allbest.ru/

1.Анализ чертежа и условия эксплуатации

В данном курсовом проекте будет спроектирована технологическая оснастка для химики-термической обработки детали «гильзы цилиндрической».

Предназначение и применение детали «гильзы цилиндрической»

Данная деталь в ходит в состав оборудования типа «двигателя внутреннего сгорания».

Рис. 1. Представлена конструкция двигателя внутреннего сгорания в разрезе

На рис. 1 представлена принципиальная схема корпуса двигателя внутреннего сгорания. Гильза цилиндра двигателя внутреннего сгорания представляет собой цилиндрическую вставку, формирующую рабочий объем двигателя и определяющая положение поршня при его движении. От технического состояния гильз цилиндра ДВС зависят такие параметры как мощность, расход топлива, компрессия, расход масла и так далее. Основные дефекты гильз цилиндров ДВС, образующиеся при эксплуатации: трещины, износ наружной поверхности, излом бурта, износ посадочных поясков, износ внутренней (рабочей) поверхности. Основная рабочая поверхность - это внутренняя поверхность цилиндра. Во время работы двигателя зеркало цилиндров подвергается абразивному и механическому изнашиванию вследствие проникновения в двигатель пыли. Много пыли попадает в цилиндры с воздухом через впускной трубопровод, если имеются неплотности в месте его крепления, или с топливом и маслом при их небрежном хранении.

1.1 Технологический процесс изготовления детали «гильзы цилиндрической»

Исходный материал для изготовления данной детали является труба диаметром 159мм толщина стенки 15 мм. Производственный технологический процесс изготовления состоит из 10 основных операций:

· 005 операция - заготовительная;

· 010 операция - токарная (черновая)

· 015 операция - токарная (черновая)

· 020 операция - токарная (чистовая)

· 025 операция - слесарная

· 030 операция - контрольная

· 035 операция - шлифовальная

· 040 операция - азотирование

· 045 операция - маркировка

· 050 операция - контрольная

Заготовительная операция 005 представляет собой изготовление заготовки необходимой длины из трубы 159 мм длиной 300 мм.

Токарная операция 010 является черновой и заключается в растачивании внутренней поверхности трубы (рис. 2).



Рис. 2.Токарная операция 010

Токарная операция 015 - черновая обработка внешнего диаметра заготовки (рис. 3).

Рис. 3. Токарная операция 015

Токарная операция 020 - чистовая токарная операция для выведения формы гильзы.

Шлифовальная операция 025 - производится удаление заусенцев.

Контрольная операция 030 - проверка размеров и отклонений.



Рис. 4 Токарная операция 020

Шлифовальная операция 035 - обрабатывается внутренний диаметр гильзы до шероховатости Ra 0,32.

Азотирование операция 040 - произвести азотирование в вакуумной камере для упрочнения внутренней поверхности гильзы.

Контрольная операция 050 - проводится окончательная проверка размеров, качества поверхностей, глубины упрочненного слоя на образце свидетеле.



2. Анализ метода ХТО

технологический деталь двигатель азотирование

Азотирование -- один из эффективных и распространенных технологических методов поверхностного упрочнения, повышающих сопротивление изнашиванию разнообразных деталей машин, эксплуатирующихся при относительно небольших контактных нагрузках.

Азотирование -- это технологический процесс химико-термической обработки, при которой поверхность различных металлов или сплавов насыщают азотом в специальной азотирующей среде. Поверхностный слой изделия, насыщенный азотом, имеет в своём составе растворённые нитриды и приобретает повышенную коррозионную стойкость и высочайшую микротвёрдость.

Азотирование как химико-термической обработки, в основном применяется для углеродистых сталей и легированных, конструкционных и инструментальных, также для высокохромистых чугунов, титана и титановых сплавов, вольфрама, ниобиевых сплавов и др.

Средой для насыщения является диссоциированный аммиак. Для управления структурой и механическими свойствами слоя при газовом азотировании сталей применяют6 двух-, трехступенчатые температурные режимы насыщения, разбавление диссоциированного аммиака.

2.1 Методы азотирования

В процессе азотирования сталей и сплавов проводят в атмосфере частично диссоциированного аммиака в соответствии с реакцией NH - N+3/2H2 при температуре 500…600 0С (низкотемпературное азотирование) или 600…1200 (высокотемпературное азотирование). Термическая диссоциация аммиака представляет собой ионизационный процесс с образованием ионов в рабочем объеме камеры. Азотированию подвергают стали перлитного, мартенситного, ферритного и аустенитного классов, а также чугуны и другие сплавы. В результате такой обработки сплавов повышаются твердость поверхностного слоя, не изменяющаяся при нагреве до температуры 400…450 °С, предел выносливости, кавитационная и коррозионная стойкость в атмосфере, пресной воде и водяном паре, для них характерны низкая склонность к задирам и высокая износостойкость.

Существует несколько методов азотирования: газовое азотирование в аммиаке, азотирование в тлеющем разряде (ионное азотирование) и азотирование в жидких средах. Процесс азотирования включает в себя пять основных операций: предварительная термическая обработка заготовки для получения требуемой прочности и вязкости сердцевины изделия;

механическая обработка деталей для создания необходимых формы и размеров; защита участков, не подлежащих азотированию; азотирование, доводка изделия. Предварительная термическая обработка состоит из операций закалки и высокого отпуска (560…650 °С). Во избежание коробления деталей температура отпуска должна на 20…40 °С превышать температуру азотирования. Перед азотированием поверхность обезжиривают электрохимическим методом, промывают в бензине или других средах для удаления масла или загрязнений.

2.2 Стали мартенситного класса

Режимы азотирования низкоуглеродистых сталей

Обработка стали 20х3МВФ, состав которых приведен в табл. 1. Стали этого класса широко применяются в основном как цементируемые для изготовления деталей машин ответственного назначения, например высоконагружаемых зубчатых колес. Наличие нитридообразующих элементов позволяет применять их в качестве азотируемых главным образом ля повышения износостойкости деталей машин.



Талица 1.Химический состав стали

Марка стали	Концентрация элементов, %
	С	Cr	Ni	Mo	V	W	Nb	S	P
20х3МВФ	0,20	3,00	0,50	0,40	0,70	0,40	-	0,015	0,025

Температура азотирования. Образцы стали 20Х3МВФ азотировали по одноступенчатому при 460, 500, 540, 580 °С и двухступенчатому режимам при 500 °С + 540 °С в течение времени, обеспечивающем получение диффузионных слоев, толщиной не менее 0,5 мм с минимальной толщиной нитридного слоя, состоящего из нитридов железа, под давлением газовой среды (азота особой чистоты). Предварительное катодное распыление проводили в течение 20 мин в той же среде. Нагрев до температуры азотирования осуществлялся со скоростью около 150 °С/ч, чтобы исключить перегрев образцов.



3. Проектирование оснастки для азотирования

Данная оснастка будет спроектирована для обработки заготовки детали «гильза цилиндрическая» (рис. 5) в вакуумной камере, цилиндрической формы с внутренними размерами: диаметр 1000 мм, высота 1000 мм.

Рис. 5

Необходимо азотировать внутреннею и торцевую поверхности детали, другие поверхности нужно изолировать. Глубина азотированного слоя 0,2-0,5 мм.

3.1 Условие расположения оснастки и деталей в вакуумной камере

Оснастка и детали расположенные в вакуумной камере недолжны препятствовать прохождению ионизированного газа. В связи с этим, при проектировании оснастки необходимо учитывать зоны в камере которые необходимо оставить незаполненными. Согласно рекомендациям, минимальное расстояние от стенок камеры до технологической оснастки и деталей должно составлять 100 мм (рис. 6).

Рис. 6 Технологическая схема расположение оснастки к вакуумной камере

Для беспрепятственного движения газа, между деталями необходимо сохранить рекомендованное расстояние 50 мм.

Для выполнения данного требования необходимо понимать каким образом заготовки будут крепить к оснастки. В данном случае, заготовка тело вращения со сквозным отверстием. Наиболее удобным методом позиционирования таких заготовок вертикальное расположение (друг на друге) на штанге, проходящей через отверстия. Зная длину заготовки, можно вычислить количество деталей расположенных по высоте:

где H - высота камеры, мм

l - длина гильзы цилиндрической, мм

ряда



Диаметр заготовки 155 мм. На рисунке 7 показано оптимальная схема расположение деталей в горизонтальной плоскости.

Рис. 7

Таким образом, количество заготовок, загруженных за раз - 19*2 = 38 шт. Однако для проверки качества и глубины азотирования необходим свидетель, таким образом в печи с данным параметром за раз можно обработать 37 готовых деталей.

3.2 Материал оснастки

В качестве материала оснастки выбираем конструкционную сталь 20 ГОСТ 1050-80. Данная сталь имеет широкий спектр выпускаемого сортамента (листового, металлопроката, металлоизделий), а так же хорошо сваривается.



3.3 Конструкционные основания

Для упрочнение внутренней поверхности заготовки необходимо оставить свободную зону для попадания газа. Как было сказано выше, данная оснастка предполагает вертикальное расположение заготовок.

Для защиты тех поверхностей заготовки, которые не подлежат азотированию, необходимо продумать экран. На рис. 8 схематично показана схема позиционирования деталей и зоны, необходимые экранирования.

Рис. 8



В данном случае можно применить трубу внешним диаметром 159 мм и толщиной стенки 4 мм. Конструкции трубы должен присутствовать паз для монтирования бурта. В противоположном конце предусматривается борт которые приваривается к трубе для предотвращения попадания газа.

Второй уровень деталей устанавливается в переходники, представляющие собой трубу большего диаметра с центральным буртом для создания свободного пространства .

Во избежание опрокидывания колоны из заготовок, решено их располагать на диске имеющего под колоны глухие отверстия.

Толщина диска 20 мм изготовленного из стали 20.

3.4 Схема страповки

Для строповки применяем четыре удлиненных крюка с поперечным ободом для предотвращения обжатия, без которого может нарушить устойчивость колон с деталями. Схема монтажа показана на рис. 9

Рис. 9. Строповка конструкции



4. Расчетная часть

4.1 Расчет площади поверхностей конструкции

Расчет площади поверхностей конструкций:

Площадь экранов:

Внешняя цилиндрическая часть

мм2

нижний торец оснастки

мм2

Верхний торец

мм2

Торцевые, небольшие переходы имеют малую площадь по отношению к основным, по этому можно пренебречь ими.

Таким образом, площади обрабатываемых поверхностей заготовок практически равна площади оснастки.

Площадь заготовок:

Общая площадь конструкции составила:



4.2 Расчет необходимого тока и площади сечения токоподвода

Зная общую площадь конструкции, определим максимальный ток:

где J - необходимая плотность тока, ее значение j = 10 мА/мм2

А

Площадь сечения токопродвода равна:

где jток под - плотность тока, ее значение для неохлаждаемого медного токоподвода j = 2 А/мм2.

мм2



Заключение

технологический деталь двигатель азотирование

В данной работе была спроектирована технологическая оснастка для азотирования в вакуумной камере.

В результате было получена оснастка, позволяющая обработать зараз 38 заготовок.

Основной технологический процесс изготовления данной детали включал в себя изготовления детали и упрочнения внутренней поверхности детали. Было предложено способ изготовления деталей «гильз цилиндрической» с малым количеством технологических операции.



Список использованной литературы

1. Лахтин Ю.М., Рахштадт А.Г. Термическая обработка в машиностроении- М: ОЛМА-ПРЕСС, 1980. -426 с.

2. Соломенцева Ю.М. Основы автоматизации машиностроительного производства - М: Машиностроение, 1999. 361 с.

3. Волосатов В.А. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методом обработки - М: Политехника, 1988. -265 с.

4. Артамонов Б.А., Волков Ю.С., Дрожалова В.И. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов. Учебное пособие (в двух томах) Обработка материалов с применением инструмента. Под ред. В.П.Смоленцева.- М.: Высш.шк.,1983г.

Размещено на Allbest.ru

...