Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

В данном курсовом проекте разработали оборудования для химико-термической обработки стакана муфты из стали 38Х 2МЮА. На основании которого был разработан новый технологический процесс химико-термической обработки с учетом имеющегося оборудования на производстве. При разработке технологического процесса были определены параметры садки деталей, скорость нагрева и охлаждения. В работе детально был произведён расчёт параметров установки, описание её конструкции и работы.

In this course project developed equipment for chemical and heat treatment of steel BrB2 On the basis of which developed a new technological process of chemical-heat treatment based on existing equipment in manufacturing. When developing the technological process were determined the parameters of the charge of parts, speed of heating and cooling. In the work detailed calculations of the setup parameters, a description of its construction and operation.

Содержание

• Введение
• 1. Характеристика стали 38Х 2МЮА для изготовления стакана муфты
• 2. Технологический процесс производства стакана муфты
• 3. Оборудование для процесса термической и химико-термической обработки стакана муфты с осевой фиксацией
• 3.1 Расчет параметров садки и времени нагрева для азотирования
• 3.2 Тепловой баланс печи
• 3.3 Расчет мощности печи
• 3.4 Расчет электронагревательных элементов печи
• 3.5 Описание и расчет конструкции оборудования для химико-термической обработки
• 4. Условия эксплуатации шахтных электропечей
• 5. Планировка цеха химико-термической обработки
• Заключение
• Список используемых источников

Введение

В развитии машиностроительной промышленности значительная роль принадлежит термистам, так как термическая обработка является одной из основных, наиболее важных операций общего технологического цикла обработки, от правильного выполнения которой зависит качество (механические и физические свойства) изготовляемых деталей машин и механизмов, инструмента и другой продукции.

В связи с ускоренным развитием техники крайне актуальными стали вопросы повышения надежности и долговечности деталей машин, приборов, установок, повышение их качества и эффективности работы, а следовательно, вопросы экономии металлов, борьбы с коррозией и износом деталей машин. Решение этих проблем прежде всего связано с упрочнением поверхностных слоев изделий. Роль их в долговечности машин и механизмов, приборов и др. особенно возросла в настоящее время, так как развитие большинства отраслей промышленности (авиационная, ракетная, теплоэнергетика, атомная энергетика, радиоэлектроника и др.) связано с повышением нагрузок, температур, агрессивности сред, в которых работает деталь.

Изменить свойства поверхности в необходимом направлении можно различными способами. Их можно условно разделить на два вида:

1) нанесение на поверхность нового материала с необходимыми свойствами;

2) изменение состава поверхностного слоя металла, обеспечивающего желаемое изменение свойств.

В первом случае применяют такие хорошо известные покрытия, как гальванические, химические, наплавочные и др. На поверхность металлических сплавов наносят и неметаллические материалы - эмаль, краску, различного рода синтетические материалы.

Во втором случае поверхностные слои металла подвергают диффузионной химико-термической обработке (ХТО), в результате которой на поверхности изделия образуется новый, отличающийся от сердцевины сплав. ХТО позволяет получить в поверхностном слое изделия сплав практически любого состава и, следовательно, обеспечить комплекс необходимых свойств - физических, химических, механических и др.

Одним из наиболее эффективных и широко применяемых в промышленности методов повышения долговечности многих ответственных деталей является, их химико-термическая обработка, которая воздействует, на поверхностные слои металла, т. е. на те слои, в которых концентрируются максимальные напряжения, возникают трещины, развиваются процессы износа и коррозии.

Химико-термической обработкой достигаются:

а) поверхностное упрочнение металлов и сплавов повышает: поверхностную твердость, износостойкость, усталостная прочность, теплостойкость и т. д.

б) повышение стойкости металлов и сплавов против воздействия внешних агрессивных сред при нормальных и повышенных температурах повышает: стойкость против коррозии, кавитационной эрозии, кислотостойкость, окалиностойкость и т. д.

Химико-термическая обработка металлов и сплавов заключается в нагреве и выдержке их при высокой температуре в активных газовых, жидких или твердых средах, в результате чего изменяются химический состав, структура и свойства поверхностных слоев металлов и сплавов. В отличие от термической обработки химико-термическая обработка изменяет не только структуру, но и химический состав поверхностных слоев, что позволяет в более широких пределах изменять свойства металлов и сплавов. После некоторых видов химико-термической обработки для улучшения свойств сердцевины и поверхностных слоев проводят термическую обработку.

Одним из видов химико-термической обработки является азотирование - оно насыщает поверхность стали азотом, что оставляет мягкую сердцевину, таким образом, деталь является упрочненной с поверхности, а в сердцевине имеет более мягкий амортизирующий слой. Такая структура конструктивная особенность деталей будет давать большой запас прочности самой конструкции, а также повышенную прочность и износостойкость.

Основной задачей данного курсового проекта является проектирования печи для проведения азотирования и разработка технологического процесса химико-термической обработки стакана муфты, изготовленного из стали 38Х 2МЮА.

Несмотря на типовые процессы азотирования и большой выбор оборудования вопрос о наиболее выгодном и минимально затратном процессе азотирования остается открытым. Проектирование термического оборудования для химико-термической обработки будет осуществляться следующим образом: наша печь будет конструироваться специализированно под заданную нами деталь, это наиболее актуальный способ минимизации затрат энергии для термической обработки и получения заданных свойств.

Стакан муфты - деталь трансмиссии вертолета. Чертеж приведен на рисунке 1.

Рисунок 1 - Стакан муфты с осевой фиксацией

Таким образом, наша деталь будет эксплуатироваться в условиях контактных напряжений и трения.

Стакан муфты будет использоваться в условиях трения и постоянного контактного напряжения во время фиксации с наконечником муфты, таким образом помимо твердой и износостойкой поверхности в соприкасающихся местах детали необходим вязкий демпфирующий слой в сердцевине самого изделия. Это необходимо для того, чтобы во время возникновения напряжений на поверхности твердого слоя происходила их релаксация в вязкий слой. Следовательно, из всего сказанного выше наиболее актуальным для изготовления стакана рационально использовать азотируемые стали. В стали желательно присутствие хрома прежде всего для повышения прочности, алюминия для создания нитридов алюминия - для повышения износостойкости, также необходимо высокое качество стали, а в частности очень малое содержание серы и фосфора, поскольку контактные напряжения возникающие при фиксации носят локальный характер, и при попадании скопления дислокаций на примесные атомы серы или фосфора возможно образование зародыша трещины что приведет к хрупкому разрушению. Вследствие данных аргументов для производства стаканов муфты используют сталь 38Х 2МЮА.

1. Характеристика стали 38Х2МЮА для изготовления стакана муфты

В процессе изготовления нашей детали будет применяться способ поверхностного упрочнения путем химико-термической обработки - азотирования. Поэтому для нашей детали будет использоваться азотируемая сталь. Для более повышенной износостойкости в стали должны присутствовать такие химической элемент как хром, который будет образовывать такое соединения как нитрид хрома. Данное соединение будет являться достаточно серьезной преградой на пути движения дислокаций и не давать им спокойно перемешаться в пределах кристалла, а тормозить их, таким образом будет повышаться прочность и износостойкость, никель же в свою очередь будет способствовать повышению ударному разрушению и сообщать стали коррозионную стойкость, так как на поверхности стали данный химический элемент образовывать антикоррозионную оксидную пленку на поверхности стали.

После закалки и отпуска: _в ? 95 КГС/мм²; _s ? 80 КГС/мм²; д ? 12,75%.

После азотирования: глубина азотированного слоя в пределах 0,3 - 0,55 мм, HRС_азот ? 82

Технологические свойства

Температура ковки: начала 1240, конца 800. До 50 мм охлаждение в штабелях на воздухе, 51-100 мм в ящиках.

Свариваемость: не применяется для сварных конструкций.

Склонность к отпускной хрупкости: не склонна.

Флокеночувствительность: чувствительна.

Основные требования предъявляемые к нашей детали будет твердость и износостойкость сталей. Данным требованиям будет удовлетворяет наша сталь так как твердость поверхности азотируемого слоя после химико-термической обработки и последующей термической обработки составит ?82 HRC. Даная твердость поверхности будет полностью удовлетворять условиям эксплуатации нашей детали, а также поверхностный слой будет отличаться повышенной износостойкостью в следствии наличия мартенситной структуры на поверхности стали.

2. Технологический процесс производства стакана муфты

Данная деталь должна иметь следующую твердость на азотированных участках не менее 82 HRC и 41-31HRC в на участках детали не подлежащих азотированию.

Так как не вся деталь подвергается азотированию, то на некоторые её части (не подлежащие химико-термической обработке) наносят защитный слой олова. Олово является защитным слоем на пути азотированя поверхности стали.

1) Детали поступают на термическую обработку после предварительной механической обработки.

На партию 56 штук деталей поступает 2 образца - свидетеля для определения механических свойств и одна деталь-заготовка для изготовления шлицевого образца-свидетеля, определяющего глубину азотированного слоя.

На образцах проверяются: чертежный номер, шифр плавки (закодированный порядковым номером, отмеченным в паспорте) направление волокон и клеймо БТК цеха изготовителя.

2) Затем производится закалка деталей в камерной печи при температуре 930-950 °С в течении 40 минут с последующим охлаждении в масле температуры 20-70°.

3) Далее идет промывка в воде в промывочной ванне при температуре 60-100°.

4) Затем отпуск в камерной печи при температуре 600-670 °С в течении 50 минут с последующим охлаждением в воде при температуре 60-100°.

5) Далее производится зачистка под контроль твердости на наждачном станке.

6) Контроль БТК, мастера: режима твердости 100% деталей и образцов.

Образцы отправляются в ИЗЛ для определения механических свойств согласно 90-1516-000ТУ. При получении положительных результатов, операция закалка закрывается в паспорте с указанием всех параметров механических свойств, твердости и направление волокон (продольные, хордовые), с росписью исполнителя.

Деталь 312, направление хордовые, _в ? 95 КГС/мм²; _s ? 80 КГС/мм²; д ? 12,75%.

7) Дальше детали поступают на стабилизирующий отпуск в камерную печь при температуре 540-560 °С в течении 2 часов с охлаждением на воздухе.

8) Контроль режима БТК, мастера: закрывается в паспорте операция "стабилизирующий отпуск" с подписью исполнителя.

9) Проверяется в паспорте закрытие операции "закалка" и "стабилизирующий отпуск". На деталях не допускается наличие острых кромок, подрезов и других концентраторов напряжений.

Детали поступают на покрытие оловом в специальной таре 90.15.39.83.595.00

На партию деталей 56 штук поступает 3 шлицевых образца, порезанных произвольно на 5 секторов (Рисунок 2).

Рисунок 2 - 1 сектор шлицевого образца

Поверхности деталей, не подвергающихся азотированию, покрыты оловом. Толщина оловянистого покрытия 6-9 мкм. Проверяется наличие указания о глубине оловянистого покрытия в паспорте и закрытие операции покрытия и фосфотирования.

На азотирование не допускаются детали с поврежденным оловянистым покрытием, наличием слоя масла и т.д.

На торце стакана должно отсутствовать оловянистое покрытие для контроля хрупкости азотированного слоя

10) Затем производится монтаж деталей для расположения их в шахтной печи. Монтаж деталей будет происходить вручную путём нанизывания деталей на стержни-трубки.

11) Азотирование в шахтной печи США 9.5/6 при температуре 530-540 °С в течении 40 часов, после чего следует охлаждение вместе с печью до 200 °С, далее на воздухе до полного остывания муфеля (при охлаждении деталей с печью до 200 °С подачу аммиака не прекращается).

Для ускорения охлаждения разрешается муфель вынуть из печи при температуре 350-450 °С при этом обеспечить непрерывную подачу аммиака.

Демонтаж муфеля.

12) Производится зачистка под контроль - полировка на войлочном круге без снятия азотированного слоя - наждачный станок - наждачник.

13) Контроль БТК: режима твердости и образцов и хрупкости - 100% деталей.

Образцы отправляются в ИЗЛ для определения глубины азотированного слоя. Он должен быть в пределах 0,3 - 0,55 мм. HRС_азот ? 82

При получении положительных результатов закрываются в паспорте операции "глубина азотированного слоя" и "твердость" с росписью исполнителя.

Внешний осмотр деталей: не допускается затеков олова на азотированной поверхности. Детали в месте азотирования должны иметь матово-серый цвет. Цвета побежалости допускаются.

3. Оборудование для процесса термической и химико-термической обработки стакана муфты с осевой фиксацией

Процесс термической обработки стакана муфты будет состоять из следующих операций и в следующей последовательности: закалка, отпуск, стабилизирующий отпуск, азотирование. Поэтому нам понадобится как минимум три термических агрегата (высокий и стабилизирующий отпуск можно проводить в одном и том же оборудовании, но разных закалочных средах).

Для азотирования детали наиболее целесообразно будет применять печь шахтной конструкции так как данная печь будет обладать преимуществом перед остальными тем, что печи данной конструкции обладают большой вместительностью и занимают мало место в цеху, так как большая их часть будет находиться ниже уровня пола в цеху. Но несмотря на ряд таких неоспоримых технологических преимуществ для успешной эксплуатации такой печи необходимо: устройство для загрузки и выгрузки садки в частности это кран балка, противни и специальные стержни-трубки для нанизывания деталей. Так же желательно производить азотирование в газовом карбюризаторе так как это сократит время и увеличит качество азотированного слоя.

Для закалки и отпуска стали 38Х 2МЮА рекомендуется использовать камерные печи. Для данных операций рекомендовано использовать печи СНО 4.4.1/10 и СНО 4.4.1/7 (Рисунок).



Рисунок 3 - Схема устройства камерной печи СНО: 1 - нагревательные элементы; 2 - огнеупорная часть кладки; 3 - теплоизоляция; 4 - жароупорная подовая плита.

Вспомогательное оборудование используется для загрузки и выгрузки, охлаждения и перемещения деталей в цеху.

При проведении азотирования необходимо использовать кран балку для загрузки садки в печь.

Для проведения операции закалки и отпуска необходимы: поддон, но который будут укладываться детали, клещи и рукавицы для размещения поддона в камерной печи, закалочные баки с маслом и водой для охлаждения детали.

После закалки перед отпуском рекомендуется проводить промывку детали в ванне с проточной водой, промывка производится вручную.

3.1 Расчет параметров садки и времени нагрева для азотирования

Для азотирования будем использовать шахтную печь с внутренними параметрами (размерами рабочего пространства) высота (h) 900 мм, диаметр 500 мм. Так как печь шахтная, то загрузка в печь будет осуществляться механически с помощью кран балки.

Расположение детали внутри рабочего пространства должно быть наиболее эффективно, с точки времени загрузки и занятости рабочего пространства.

Располагать загрузку будем следующим образом: на поддон диаметром 400 мм и высотой 50 мм находятся 4 стержня-трубки: внешний диаметр 70 мм, внутренний 64 мм и высотой 800 мм. На каждом стержне по 14 деталей, в общей сложности их 56 штук.

Расчет веса садки:

Для начала найдем вес поддона:

S_под = рR²; (1.1)

Так как диаметр поддона равен 400 мм, то:

R - радиус поддона = 200 мм.

Следовательно:

S_под = 3,14 · 200² = 125600 (мм ²);

Теперь найдем объем поддона:

V_под = S_под · h; (1.2)

h - высота (толщина) поддона = 50 мм.

V_под = 125600 · 50 = 6280000(мм ³) = 6280(см ³);

Из этого можно найти массу поддона:

(1.3)

J - удельный объем стали = 7,8 гр/см ³;

g - сила тяжести = 9.8 м/с ².

Отсюда можно найти вес поддона:

P_под = mg; (1.4)

Р_под = 4998,37 · 9,8 = 48984,026(гр) = 49(кг).

К поддону крепятся стержни-трубки.

Рассчитаем площадь сечения:

S_{сеч. ст} = S_внеш - S_внут; (1.5)

Согласно формуле (1.1):

S_{сеч. ст} = 3,14 · 35² - 3,14 · 32² = 3846,5 - 3215,36 = 631,14(мм ²)

Теперь найдем объем по формуле (1.2):

V_ст = S_{сеч. ст} · h_ст;

h - высота (длина) стержня = 800 мм.

V_ст = 631,14 · 800 = 504912(мм ³) = 504,9(см ³)

Из этого мы согласно формуле (1.3) можем найти массу одного стержня:

Следовательно, вес всех стержней из формулы (1.4):

Р_ст = 4· mg;

Р_ст = 4 · 401,86 · 9,8 = 15752,9(гр) = 15,76(кг);

Общий вес садки:

Р_сад = Р_под + Р_ст + Р_дет; (1.6)

Р_дет - вес всех деталей = 1990 · 9,8 · 56 = 1092112(гр) = 1092,1(кг);

Р_сад = 49 + 15,8 + 1092,1 = 1156,85(кг);

Общая масса садки:

m_сад = Р_сад/g; (1.7)

m_сад = 1156900/9,8 = 118051(гр) = 118,05(кг).

Расчет времени химико-термической обработки:

Время азотирования t_азот будет складываться из t_н времени нагрева и t_в времени выдержки.

t_азот = t_н + t_в; (1.8)

Где, t_н - время нагрева;

t_в - время выдержки.

t_н = аD; (1.9)

Где, а - коэффицент, определяемый экспериментально, для шахтной электропечи круглого сечения = 40-50 с/мм;

D - диаметр детали = 170 мм.

t_н = 45 · 170 = 7650(с) = 127,5(мин) = 2,125(час)

Время нагрева нашей загрузки будет составлять 2,125 часов. Время выдержки будет зависеть от времени диффузии - времени проникновения азота в сталь. Так как по техническим требованиям глубина азотированного слоя должна составлять 0,3 - 0,55 мм, то при расходе аммиака класса А (ГОСТ 6221-82) 2,5 л/час и температуре азотирования 540 °С скорость азотирования будет составлять 0,1 мм - 8 час, таким образом время выдержки составит 40 час.

Таким образом общее время газа азотирования будет, согласно формуле (1.8):

t_азот = 42,125 час.

3.2 Тепловой баланс печи

Для установления мощности печи сначала производится расчет ее теплового баланса. В тепловом балансе производи расчет приходных и расходных статей.

В расходной части баланса учитывается следующие статьи:

Q_пол - расход тепла на нагрев металла:

(2.1)

-начальная температура метала перед загрузкой в печь = 20⁰С

t₁ - максимальная температура метала в печи = 540⁰С

средняя теплопроводность в интервале температур (20 - 600 ⁰С) = 609 ^Дж/_{кг·град}.

- производительность печи в один час, в нашем случае если вес садки будет равен 1156,9 кг, и так как продолжительность азотирования будет 42,125 часов то производительность печи будет = 27,5 кг/час.

= 8708700(кДж/час);

Считаем потери тепла:

Q_потерь ? 20% от Q_пол.

Q_потерь = 1791740(кДж/час);

Считаем Q_полезн:

Q_полезн = Q_пол - Q_потерь;

Q_полезн = 8708700 - 1791740 = 6916960(кДж/час).

3.3 Расчет мощности печи

Рассчитываем мощность печи, КВт:

P_ном = Q_полезн/t_азот; (3.1)

t_азот = 151650 с;

P_ном = 6916960/151650 = 45,6 КВт;

Так как мощность в печи получилось более 15 КВт, то наиболее эффективным способом конструировать данную печь будет трёхфазной:

P_фаз = Р_ном/3; (3.2)

P_фаз = 45,6/3 = 15,2 КВт;

Теперь необходимо узнать сопротивление каждой фазы:

R_фаз = Ом; (3.3)

R_пр = = 9,5 Ом.

3.4 Расчет электронагревательных элементов печи

Для печей с температурой 600^оС в качестве нагревательных элементов можно выбрать проволоку (ГОСТ 2238-58) или ленту (ГОСТ 2615-54) из специальных сплавов. Сечение нагревателей ориентировочно может быть выбрано по таблице 4.1:

Таблица 4.1. сечение и материалы металлических нагревателей.

Для рабочей температуры печи в оС	Размеры нагревателя в мм	Материал нагревателя
	Лента (ширина и толщина)	Проволока (диаметр)
До 300 300-600 600-800 800-1000 1000-1100 1100-1200	8х 1 10х 1 15х 1,5 20х 2 25х 2 25х 3	1 2 3-4 4-5 6-7 7-8	Х 13Ю 5, Х 17Ю 5, Х 13Ю 5, 40Х Х 13Ю 5, Х 17Ю 5 Х 15Н 60 Х 20Н 80 Х 25Ю 5, сплав№2

Для расчета нагревательных элементов сопротивления используются следующие формулы.

Диаметр проволоки определяется по следующей формуле:

мм (4.1)

Где, - удельное сопротивление материала в =1,125 ом*мм ²/м

- мощность одной фазы = 15.2 КВт

- напряжение = 380в,

- удельное поверхностная мощность нагревателя = 2,0 Вт/см ²

= = = = 3,3 (мм)

Так как нихромовые сплавы для рабочей температуры 600-800⁰С используют диаметром 3-4 мм, то мы устанавливаем наше значение 3 мм с маркой сплава Х 17Ю 5

Длина элементов сопротивления в одной фазе, м:

; (4.2)

где, - сопротивление в одной фазе = 9.5 Ом;

q - площадь сечения проволоки, мм ²;

q = рR² = 3,14 · 1,5² = 7,065(мм ²);

p - удельное электросопротивление, значение которого берется из таблицы 4.2, Ом·мм ²/м

Таблица 4.2 - Расчетное удельное электросопротивление при данной температуре.

Сплав	Температура в оС	Удельное сопротивление срасч, Ом мм2/м	Удельный вес в г/см2
Х 13Ю 5 Х 17Ю 5 Х 15Н 60 Х 20Н 80 0Х 25Ю 5 ЭИ 595 ЭИ 626	850 850 1000 1150 1200 1200 1300	1,25-1,35 1,15-1,25 1,10-1,20 1,10-1,20 1,25-1,45 1,4 1,4	7,4 7,0-7,2 8,4 8,4 7,0-7,2 7,27 7,19

= 55,93(м) = 55930(мм).

Общая длина элементов сопротивления, м:

L_общая= 3 L_ф; (4.3)

L_общая= 3·55,93 = 167,79(м) = 16779(см).

Вес элементов сопротивления подсчитывается по следующим формулам: для проволочного нагревателя, кг:

; (4.4)

Где, g - удельный вес сплава нагревателя в г/см ²;

G = 119,131 (г/см ²).

Проволочные элементы сопротивления располагают в печах в виде цилиндрической спирали, для которой характерны два коэффициента:

1) Коэффициент сердечника:

K_c = D/d; (4.5)

2) Коэффициент плотности намотки:

К_n = h/d; (4.6)

Эти коэффициенты принимаются следующими:

Таблица 4.3 - Коэффициенты при данной температуре.

Температура в оС	Коэффициент сердечника	Коэффициент плотности намотки
	Нихром	Хромаль
Менее 750 750-950 более 950	8-11 6-8 5-6	4-5	2-4

Диаметр спирали, мм:

D = К_с · d; (4.7)

Где, d - диаметр проволоки = 3 мм;

D = 8 · 3 = 24(мм).

Длина витка спирали будет равна, мм:

L_вит = рD; (4.8)

L_вит = 3,14 · 24 = 75,36(мм).

Длина выводов нагревателя, мм:

L_выв = b + 100; (4.9)

Где, b - толщина стены печи = 345 мм;

L_выв = 345 + 100 = 445(мм).

Длина проволоки в спирали без выводов, мм:

L_сп = L_фаз - 2L_выв; (4,10)

L_сп = 55930 - 2 · 445 = 55040(мм).

Шаг зигзага, мм:

h = K_n · d; (4.11)

h = 3 · 3 = 9(мм).

Количество витков в спирали:

; (4.12)

r = 55040/75,36 = 730.

Длина спирали, мм:

l = hr; (4.13)

l = 9 · 730 = 6570(мм) = 6,57(м)



Рисунок 4 - Схема проволочного электронагревателя

3.5 Описание и расчет конструкции оборудования для химико-термической обработки

Расчет внешней конструкции печи.

В машиностроении большие термические печи - толкательные, конвейерные, шахтные и др. - устанавливаются на бетонный или кирпичный фундамент. Глубина фундамента зависит от веса и уровня грунтовых вод.

1. Под печей. В термических печах под подвергается температурным и механическим воздействиям, поэтому для изготовления огнеупорного слоя используется чаще всего шамотный кирпич.

На дне печи будет располагаться вентилятор высотой 65 мм в качестве первого огнеупорного слоя будет 130 мм слой из огнеупорного шамота и 130 мм слоя диатомитового кирпича в качестве изоляционного, дно печи не требует сильной изоляции так как теплоотвод от печи будет отходить в пол.

2. Стены печей. Для кладки стен используют нормальный и легковесный шамотный кирпич. Толщина стен обычно принимается в полтора-два кирпича. Это означает следующее: обыкновенный, нормальный кирпич имеет размер 230Ч115Ч65 мм, и если толщина кладки 230 мм, то она считается равной одному кирпичу, если 230 + 115 = 345 мм, то полутора кирпичам, а 230 + 230 = 460 мм - двум кирпичам.

Чтобы посчитать толщину стен, нам необходимо знать высоту печи. Обычно шамотный кирпич занимает по толщине стены от половины до полутора кирпичей. У нашей печи высота будет в пределах от 1 до 2 м, а значит, огнеупорный слой будет толщиной в один кирпич. Наружная часть стены, от половины до одного кирпича, делается из теплоизоляционного материала. Для нашей печи возьмем диатомитовый кирпич. Толщину слоя примем в пол кирпича, так как рабочая температура у нас 600 ^оС. В итоге у нас получится, что толщина стен равна двум кирпичам, а именно 345 мм.

3. Дверцы печей делают чугунными, с футеровкой изнутри огнеупорным кирпичом. Толщина футеровки 150-160 мм. Толщина чугунной дверцы 12-14 мм. Нижний борт дверцы делается толще на 6 мм, так как он подвергается ударам при ее опускании.

4. Жаропрочные детали печей и арматура. К внутренним жаропрочным деталям печи относятся направляющие толкательных печей, поддоны, башмаки, валы, конвейерные ленты и детали конвейеров.

Наружная арматура печей представляет собой крепление печей, состоящее из опорных балок, стоек и связей.

Размеры внутреннего пространства печи будут диаметр 500 мм, а высота 900 мм, то длина окружности внутреннего пространства печи в которой будут располагаться нагреватели равна 1570 мм, так как длина спирали будет равна 6570 мм, то она будет опоясывать внутренний диаметр пять раз при условии что нам нужно будет добавить 1280 мм спирали, вследствие чего длина составит 7850 мм. Расстояние между спиралями - 163 мм.

Габариты нашей печи будут составлять 1349 мм в высоту и 1320 мм в ширину, данная печь будет располагаться в полу на 800 мм в глубь.

Для того, чтобы найти количество шамотных кирпичей в кладке печи, надо узнать объем стенки:

V_ст = S_ст · h;

Где, R₁ - внешний радиус стенки = 534мм;

R₂ - внутренний радиус стенки = 304мм.

(мм ²);

V_ст = 605203,6·1040 = 629411744(мм ³).

Объем одного кирпича:

V_кирп = 1719250(мм ³)

Чтобы найти количество шамотных кирпичей в стенке, нужно разделить объем стенки на объем кирпича:

N = 367.

Найдем объем огнеупорного слоя пода:

(мм ²);

V_{под 1} = 426098·65 = 27696370 (мм ³).

(мм ²);

V_{под 2} = 527834·65 = 34309210 (мм ³).

V_под = 62005580 (мм ³).

Получается:

N = 36.

Итого: всего шамотных кирпичей - 403.

Теперь найдем количество диатомитовых кирпичей в изоляционном слое стенки:

(мм ²);

(мм ²);

V_{ст 1} = 423108,72·1040 = 440033068,8(мм ³).

V_{ст 2} = 487894,06·65 = 31713113,9(мм ³).

V_ст = 471746182,7(мм ³).

N = 274.

Но так как у нас толщина изоляционного слоя толщиной в половину кирпича, то:

N = 137.

Теперь найдем количество диатомитовых кирпичей в поде печи:

(мм ²);

V_{под 1} = ·130 = 102786392,8 (мм ³).

(мм ²);

V_{под 2} = ·130 = 171404812,8 (мм ³).

V_под = 274191205,6 (мм ³).

Получается:

N = 159.

Итого: всего диатомитовых кирпичей - 296.

4. Условия эксплуатации шахтных электропечей

Шахтные печи являются второй распространенной группой печей периодического действия. Они выполняются в виде круглых, квадратных или прямоугольных футерованных шахт, закрываемых сверху крышкой.

Нагреватели в шахтных печах устанавливаются обычно по боковым стенкам и защищаются от повреждений при загрузке и разгрузке печи специальными жароупорными направляющими. Эти печи легко загружаются с помощью тельфера или крана, занимают мало места при заглублении в землю и легко герметизируются.

Шахтные печи выпускаются высотой от 0,5 до 30 м. По высоте (глубине) эти печи делятся на малые (до 3 м) и большие (более 3 м). В машиностроительных предприятиях с небольшим объемом производства, но с большой номенклатурой термообрабатываемых изделий, широкое распространение нашли малые шахтные печи.

По рабочей температуре шахтные печи можно разделить на:

а) низкоотпускные (больше 300 °С),

б) высокоотпускные (400…700 °С),

По назначению на:

а) закалочные и нормализационные (750…1300 °С),

б) для азотирования (500…700 °С).

По среде нагрева шахтные печи выпускаются:

а)для работы с окислительной атмосферой;

б) с защитной атмосферой;

в) вакуумные. Вакуумные шахтные печи применяются для отжига и старения цветных сплавов (титановых).

Почти все печи до рабочей температуры 1000 °С оснащаются вентиляторами. Рабочее место вентилятора размещается под крышкой или над подом. В низкотемпературных печах (до 700 °С) вентиляторы применяются для увеличения и скорости равномерности нагрева изделий за счет вынужденной конвекции печной среды. В высокотемпературных печах с защитной атмосферой вентилятор служит для выравнивания газовой сферы интенсивным перемешиванием в печной камере.

Для азотирования, цементации и нагрева под закалку в защитной атмосфере шахтные печи выпускаются в муфельном исполнении.

Муфель сваривается из жаростойкой стали (12Х 18Н 10Т) в виде цилиндрической обечайки с полусферическим дном. Муфель устанавливается в камеру печи (на крестовину). Затем в корзины с решетчатым дном или поддоны укладываются детали и корзины (поддоны) устанавливают друг на друга в муфель. Число одновременно загружаемых корзин может составить от 2 до 4 и определяется глубиной печи.

Сверху муфель закрывается крышкой с вентилятором. Крышка также имеет два отверстия для подвода и отвода газовой атмосферы.

Муфельные азотированные печи имеют следующие недостатки:

* низкая стойкость муфелей (до года);

* температура этих печей на 100…150 °С выше, чем рабочая.

Имеются также безмуфельные азотированные печи.

Шахтные печи для термической обработки валов и труб выполняются глубиной до 10 м и более с несколькими тепловыми зонами для равномерности подогрева по высоте. Партия таких печей собирается вне печи в пачки, закрепляется в специальной подвеске и краном опускается в печь.

Эти печи занимают меньше места, удобны в эксплуатации, легко уплотняется крышка песочным, масляным или водяным затвором для крышки. Благодаря их большой компактности и хорошему уплотнению потери этих печей составляют всего 15…25 % номинальной мощности.

Электротехническая промышленность выпускает шахтные печи различного сечения мощностью от 25 до 229 КВт. Могут изготовляться индивидуальные шахтные печи более крупных размеров, большей мощности на 1200 °С.

Важным преимуществом в эксплуатации шахтных печей является возможность загрузки и выгрузки их с помощью универсальных подвесных механизмов типа кран-балок, тельферов и т. п., что весьма удобно при использовании печей для обработки многих изделий и материалов. В шахтной печи наиболее полно используется полезный объем камеры. Это достигается за счет загрузки малогабаритных деталей в корзины (поддоны) и их посадкой в печь. При этом диаметр корзин должен быть меньше диаметра рабочего пространства не менее на 100 мм. Корзины (поддоны) устанавливаются в печи друг на друга по высоте шахты. Крупные детали, например шестерни, кольца, различные сборочные узлы, крепят на специальных приспособлениях, которые также устанавливают по высоте печи, заполняя рабочее пространство.

Шахтные электропечи незаменимы при термообработке длинномерных изделий, например валов, штанг, труб, инструмента типа протяжек и другого, обрабатываемых в вертикальном положении, для чего изделия подвешиваются в печи с помощью приспособлений, что обеспечивает минимальные деформации при нагреве. Для промышленной шахтной печи необходим приямок для ее заглубления с тем, чтобы загрузочный проем находился на удобной для обслуживания высоте (около 1 м) над уровнем пола, или (при отсутствии приямка) достаточная высота производственного помещения с сооружением рабочей площадки.

В ряде конструкций шахтных электропечей широкого назначения предусматривается применение защитных атмосфер, предотвращающих окисление деталей при термообработке, для чего кожух печи выполняется газоплотным и имеются устройства уплотнения крышки.

Для проведения общепромышленных процессов химико-термической обработки стальных изделий - цементации, нитроцементации, азотирования - выпускаются специализированные шахтные электропечи с муфелем, в котором создается необходимая технологическая атмосфера. Основной объем проведения этих процессов в ЭППД приходится на шахтные муфельные электропечи; они используются по данному назначению на предприятиях машиностроения и других отраслей промышленности как во вспомогательном производстве - инструментальном, ремонтном, так и в основном, кроме крупносерийных производств, где применяются печи непрерывного действия.

Как и другие общепромышленные ЭППД, шахтные электропечи производятся серийно в виде рядов типоразмеров. Специфика их конструкции - сравнительно простой для изготовления кожух из цилиндрических обечаек - позволяет эффективно применять модульный принцип изготовления, изменяя размер печи по высоте (глубине) шахты. В связи с этим производители выпускают серии печей, в которых для каждого из ряда диаметров рабочего пространства имеется несколько типоразмеров, различающихся высотой.

Общепромышленные шахтные электропечи выпускаются в нашей стране и за рубежом на номинальные температуры от 600 до 1200 °С. В пределах этого диапазона целесообразно рассматривать, как и в других ЭППД, две группы по уровню рабочих температур, с чем связаны конструктивные различия и технологическое применение печей.

Для выравнивания температуры и состава атмосферы в рабочем пространстве на крышке электропечи предусмотрен вентилятор, охлаждаемый водой (для визуального контроля протока воды в системе водоохлаждения установлена воронка сливная, для автоматического контроля - реле протока). Подача газа и регулирование давления в контейнере осуществляется через газопровод, а регулируется направление потока газа при помощи экрана.

В целях безопасности работы и исключения аварийных ситуаций электропечи имеют следующие блокировки:

- отключение нагревателей и вентилятора при подъеме контейнера;

- отключение нагревателей и вентилятора при прекращении подачи воды в систему водоохлаждения;

- отключение нагревателей при отключении вентилятора

Управление режимом работы электропечи производится автоматически с помощью термопреобразователя и прибора регистрирующего, установленного в шкафу управления. В настоящее время в шкафах управления используются приборы ТРМ-10, Термодат-12, Термодат-14, это цифровые программируемые приборы на базе современных однокристальных микроконтроллеров. Шкафы управления новой комплектации отличаются более высокой точностью поддержания температуры в пределах +/- 5⁰С в рабочем пространстве электропечи за счет применения закона ПИД-регулирования, большей надежностью, меньшими эксплуатационными расходами и при этом значительно меньшей стоимостью. В шкафах применена надежная элементная база, электромеханические узлы сведены к минимуму, коммутация электроэнергии нагрева электропечи осуществляется тирристорными коммутаторами. В отличии от пускателей и контакторов тирристорные коммутаторы значительно надежнее и при эксплуатации не требуют технического обслуживания. Шкафы управления комплектуются пускорегулирующей и защитной аппаратурой для управления механизмами электрической печи. По желанию заказчика готовы доукомплектовать различными элементами автоматики.

5. Планировка цеха химико-термической обработки

Для проведения азотирования необходимо рационально расположить оборудование. Данное оборудование размещается так, чтобы не мешать перемещению деталей и передвижению людей по цеху. В нашем цеху непосредственно должно присутствовать оборудование, которое участвует в технологическом процессе, это: печь шахтная США - 9.5/6., камерные печи СНЗ 4.4.1/10 и СНО 4.4.1/7. Так же необходимо наличие агрегатов для проведения охлаждения с маслом и водой, наличие агрегатов для проведения промывки, трансформаторы и пульты управления для процессов автоматического управления температурой в печи.

Рисунок - 5 Планировка цеха химико-термической обработки: 1 - Электропечь шахтная США-9.5/6; 2 - Подставка для охлаждения и монтажа контейнера, корзины, подвески; 3 - Вытяжной зонт; 4 - Раковина; 5 - Щит управления подачи газа; 6 - Трансформатор; 7 - Шкаф управления; 8 - Печь для закалки СНО 4.4.1/10; 9 - Печь для отпуска СНО 4.4.1/7; 10 - Закалочный бак с водой; 11 - Закалочный бак с маслом; 12 - Стилоскоп СЛУ-1; 13 - Стол; 14 - Твердомер ТШ; 15 - Твердомер ТК; 16 - Твердомер HV-10; 17 - Микроскоп МИМ-7; 18 - Стеллаж; 19 - Плоскошлифовальный станок продольного типа; 20 - Письменный стол; 21 - Раздевалка.

Заключение

сталь муфта термический азотирование

В курсовом проекте изучили условия эксплуатации детали и обосновали требование к составу, механическим и технологическим свойствам материала для ее изготовления.

Обосновали выбор марки стали и технологического маршрута термического упрочнения детали, в том числе выбор температур закалки и отпуска стали, технологических сред нагрева и охлаждения при термообработке. Была составлена технологическая карта процесса химико-термической обработки стакана муфты.

В процессе написания работы разработали печи для азотирования стакана муфты из стали 38Х 2МЮА США 9,5/6.

Список используемых источников

1. А.П. Гуляев, Металловедение. М: Металлургия.- 1986.- с.

2. Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева, Материаловедение. М: Машиностроение 1990,

3. А.А. Попов, Л.Е. Попова, Изотермические и термокинетические диаграммы распада переохлажденного аустенита. М: Металлургия.-1985.-

4. С.Л. Рустем, Оборудование термических цехов. М: Машиностроение -1989.

Размещено на Allbest.ru

...