Изготовление калибра

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Процесс тепловой обработки металлов и сплавов в целях придания им заданной структуры и свойств называется термической обработкой. Различают термическую обработку, химико-термическую и термомеханическую. калибр термический измерительный сталь

После отливки, прокатки, ковки стальные заготовки охлаждаются неравномерно, результатом чего является неоднородность структуры, неоднородность свойств различных мест заготовок. Появляются внутренние напряжения. Кроме того, после затвердевания отливки получаются неоднородными по составу из-за ликвации.

Термической обработкой металлов и сплавов называется процесс изменения их внутреннего строения (структуры) путем нагрева, выдержки и последующего охлаждения в целях получения необходимых физико-механических свойств этих материалов. Ее основными видами являются отжиг, закалка и отпуск. vk.com/fuckingolimp

Термическая обработка является составной частью большинства технологических процессов изготовления деталей машин, инструмента и полуфабрикатов. При этом повышаются их свойства, что позволяет уменьшить значительную экономию металла, повысить надежность и эксплуатационную стойкость изделий. Поэтому термическая обработка нашла широкое использование на машиностроительных, инструментальных, оборонных, металлургических и многих других заводах.

Термическая обработка является одним из наиболее распространенных в современной технике способов получения заданных свойств металлов и сплавов. Термическая обработка применяется либо в качестве промежуточной операции для улучшения обрабатываемости давлением, резанием и др., либо как окончательная операция для придания металлу или сплаву такого комплекса механических, физических и химических свойств, который сможет обеспечить заданные эксплуатационные характеристики изделия. Чем ответственнее изделия (конструкция), тем, как правило, в ней больше термически обработанных деталей. Так как основными факторами любого вида термической обработки являются температура и время, то любой процесс термической обработки можно описать графиком, показывающим изменение температуры во времени.



1. Анализ условий работы изделия

Калибрами называются бесшкальные контрольные инструменты, предназначенные для ограничения отклонений размеров, формы и взаимного расположения поверхностей изделий. При помощи калибров невозможно определить действительные отклонения размеров изделия, но их применение позволяет установить - находятся или нет отклонения размеров изделия в заданных пределах.

Разность двух предельных размеров для данной детали получила название допуска. Один из этих размеров, соответствующий максимуму материала детали, получил название проходного предела, а другой, соответствующий минимуму - непроходного предела. Эти названия отражают порядок использования калибров, для контроля указанных пределов.

Калибры служат не для определения действительного размера деталей, а для рассортировки их на годные и две группы брака (с которых снят не весь припуск и с которых снят лишний припуск).

Иногда с помощью калибров детали сортируют на несколько групп годных для последующей селективной сборки.

В зависимости от вида контролируемых изделий различают калибры для проверки гладких цилиндрических изделий (валов и отверстий), гладких конусов, цилиндрических наружных и внутренних резьб, конических резьб, линейных размеров, зубчатых (шлицевых) соединений, расположения отверстий, профилей и др.

Независимо от типа и назначения калибров к ним предъявляются следующие основные требования:

1. Точность изготовления. Рабочие размеры калибра должны быть выполнены в соответствии с допусками на его изготовление.

2. Высокая жесткость при малом весе. Жесткость необходима для уменьшения погрешностей от деформаций калибров (особенно скоб больших размеров) при измерении. Малый вес требуется для повышения чувствительности контроля и облегчения работы контролера при проверке средних и больших размеров.

3. Износоустойчивость. Для снижения расходов на изготовление и периодическую проверку калибров необходимо принимать меры к повышению их износоустойчивости. Измерительные поверхности калибров выполняют из легированной стали, закаливают до высокой твердости и покрывают износостойким покрытием (например, хромируют). Выпускают также калибры небольших размеров, изготовленные из твердого сплава.

4. Производительность контроля обеспечивается рациональной конструкцией калибров; по возможности следует применять односторонние предельные калибры.

5. Стабильность рабочих размеров достигается соответствующей термообработкой (искусственным старением).

6. Устойчивость против коррозии, необходимая для обеспечения сохранности калибров, достигается применением антикоррозионных покрытий и выбора материалов, мало подверженных коррозии.

Важное метрологическое и эксплуатационное значение имеет усилие введения пробки в деталь. При проверке размеров изделий рабочими калибрами проходные калибры должны свободно проходить под действием собственного веса или усилия примерно равного ему, а непроходные не должны входить в изделие более чем на длину, равную сумме размеров фасок изделия и калибра.

Другая погрешность контроля калибрами связана с их тепловыми деформациями. При нагревании калибров руками контролера возникает погрешность, составляющая существенную часть в общей погрешности контроля, тем большую, чем больше скобы. Если же обеспечивается надежная изоляция от тепла рук, то происходит и заметное уменьшение погрешности.

Измерительные поверхности калибров изготовляются из стали, закаленной до твердости HRC 60-64. Измерительные поверхности калибров подвергают хромовому износоустойчивому покрытию. Кроме того, для изготовления калибров применяют твердые сплавы, повышающие стойкость калибров в несколько раз. Однако и при этом невыгодные условия работы калибров, определяемые спецификой их использования (трение), высокая производительность контроля приводит к ускоренному износу калибров.

Факторами, влияющими на износ, являются диаметр и материал детали, ее твердость, прерывистость ее поверхности.

Этими калибрами проверяют размеры гладких цилиндрических, конусных, резьбовых и шлицевых деталей, глубин и высот выступов, а также расположение поверхностей и другие параметры.

Комплект рабочих предельных калибров для контроля размеров гладких цилиндрических деталей состоит из проходного калибра ПР (им контролируют предельный размер, соответствующий максимуму материала проверяемого объекта и непроходного калибра НЕ (им контролируют предельный размер, соответствующий минимуму материала проверяемого объекта) .



2. Обоснование выбора марки стали

Материал, идущий на изготовление деталей, подвергающихся нагрузкам, должен хорошо сопротивляться таким нагрузкам и наряду с высокой прочностью обладать вязкостью, чтобы сопротивляться динамическим и ударным воздействиям.

Таким образом, калибры должны быть изготовлены из прочного, надежного и долговечного материала. Из всех известных в технике материалов лучшее сочетание прочности, надежности и долговечности имеет сталь, поэтому сталь является основным материалом для изготовления ответственных изделий, подвергающихся нагрузкам.

Сталь для калибров должна обладать высокой износостойкостью, геометрической точностью размеров, обусловленными высокой твердостью вязкостью и прокаливаемостью. Это можно достигнуть введением в сталь легирующих элементов.

Характерной особенностью сталей глубокой прокаливаемости является более высокое содержание хрома (0,8-1,7 %), а также комплексное введение в относительно небольших количествах таких легирующих элементов, как хром, марганец, кремний, вольфрам, ванадий, что существенно повышает прокаливаемость.

Основным легирующим элементом, который определяет износостойкость материала, является углерод. Влияние углерода на сопротивление металла изнашиванию существенно зависит от того, в каком виде он находится в сплаве, связан ли в специальные карбиды или растворён в твёрдом растворе. Углерод является одним из главных компонентов влияющих на износостойкость сталей и сплавов. Целесообразность легирования износостойких сплавов во многом определяется содержанием в них углерода, в сочетании с которым эффективность влияния легирующих элементов существенно возрастает. Поэтому повышение концентрации углерода в легированных сплавах увеличивает их износостойкость, т.к. позволяет полнее реализовать возможности легирующих элементов.

С увеличением содержания углерода в стали, растёт коэффициент упрочнения аустенита при деформации, что обусловливается, выделением дисперсных карбидов из аустенита, протеканием процессов взаимодействия атомов углерода с дефектами кристаллического строения и изменением плотности и распределения дислокаций. Хром - один из базовых легирующих элементов, который широко используется в сплавах с углеродом. Хром применяется для легирования большинства конструкционных, инструментальных, жаропрочных и других сталей и сплавов специального назначения. Известно, что хром, растворяясь в феррите до 30 % и аустените до 13 %, повышает прочностные свойства и твёрдость матрицы сплавов; увеличивает стойкость карбидов типа Fе₃С, (в которых он может растворятся свыше 23%) против коагуляции и задерживает процесс снижения механических свойств при нагреве. Он способствует уменьшению износа калибров.

Известно, что хром является ферритизатором. В тоже время, сдвигая вправо линии с-образной кривой изотермического распада аустенита и понижая точку начала мартенситных превращений, хром создаёт возможность получения нестабильной аустенитной структуры, способной к превращениям под давлением абразивных тел в процессе изнашивания. Хром, стимулируя энергоёмкие процессы в сплавах при изнашивании, наиболее существенно влияет на износостойкость сплавов. Массовая доля хрома в металле определяется из отношения Сr/С, увеличение которого повышает сопротивляемость изнашиванию за счёт образования наиболее твёрдого карбида М₂₃С₆ Также высокой твёрдостью обладают специальные карбиды ТiС, VС, WС, NbC, наличие которых в структуре металла способствует снижению интенсивности изнашивания.

Однако, применение таких дефицитных и дорогих элементов, как вольфрам, ниобий, ванадий и титан в больших количествах нерационально из-за высокой стоимости сплавов. Поэтому для материалов, работающих в условиях абразивного изнашивания, наиболее целесообразным является получение в структуре карбидов хрома.

Однако, у сталей с содержанием хрома 12% появляются недостатки. Резко выраженная карбидная неоднородность и повышенная склонность к коагуляции карбидов, способствующая разупрочнению сталей при нагреве. А так как для калибров основным требованием является стабильность рабочих размеров, то необходимо дополнительно легировать сталь ванадием, который будет предотвращать коагуляцию карбидов, а также способствовать сохранению мелкого зерна.

Ванадий (V) в штамповых сталях присутствует в карбиде VC и твердом растворе. Ванадий существенно уменьшает чувствительность штамповых сталей к перегреву, повышает теплостойкость сталей, улучшает распределение частиц избыточной фазы.

Существенным недостатком стали Х12 является пониженная механическая прочность, обусловленная наличием в этой стали большого количества карбидной фазы. А так как этой фазы будет тем больше, чем больше углерода в стали, то в силу этой причины сталь Х12 (с 2,0 -- 2,3% С) применяют лишь для неответственных назначений и для простого по конструкции инструмента. Для быстрорежущих сталей и для сталей типа Х12 большое значение имеет распределение карбидной фазы. Строчечное распределение карбидов, скопление карбидов, т. е. все то, что называется «карбидной ликвацией», сильно ухудшает прочность стали.

Сталь рассматриваемого класса, но с меньшим содержанием углерода и хрома и менее склонная к карбидной ликвации, представлена маркой Х6ВФ. Сталь Х6ВФ содержит меньше карбидов, чем сталь типа Х12 (12 -14 % карбида М₇С₃ в отожженной стали Х6ВФ против 15 - 17% в стали Х12Ф1 и 25 - 30% в стали Х12, и при прочих равных условиях карбидная ликвация у нее меньше. Сталь Х6ВФ отличается более высокой прочностью, но меньшей износоустойчивостью из-за меньшего количества в ней карбидной фазы. А износоустойчивость является одним из главных требований к калибрам.

Из всего вышеперечисленного следует, что для изготовления измерительного инструмента (гладкие калибры) выбираем сталь Х12Ф1. Сталь марки Х12Ф1 мало деформируется при закалке, имеет повышенную прокаливаемость, обладает высокой твердостью которая обеспечивает устойчивость стали против истирания.

Химический состав и технологические свойства стали марки Х12Ф1 представлены в таблице 1.1, 1.2 соответственно.

Таблица 1.1 Химический состав стали марки Х12Ф1

Химический элемент	%
Ванадий (V)	0.70-0.90
Кремний (Si)	0.15-0.35
Медь (Cu), не более	0.30
Марганец (Mn)	0.15-0.40
Никель (Ni), не более	0.35
Фосфор (P), не более	0.030
Хром (Cr)	11.0-12.50
Сера (S), не более	0.030

Таблица 1.2 Технологические свойства стали марки Х12Ф1

Температура ковки. Начала 1160, конца 850. Сечением до 200 мм подвергаются низкотемпературному отжигу с одним переохлаждением.
Свариваемость. Не применяется для сварных конструкций.
Обрабатываемость резанием. В горячекатаном состоянии при НВ 217-228 Ku тв.спл. = 0.8, Ku б.ст. = 0.3.
Склонность к отпускной способности. Не склонна.
Флокеночувствительность. Не чувствительна
Шлифуемость. Удовлетворительная.



3. Расчет режимов термической обработки

В данном разделе представлены выбор термической обработки и расчеты для температурного режима и времени, проведенного деталью в нагревательной среде.

3.1 Предварительная термическая обработка

Сталь Х12Ф1 по структурному признаку является сталью ледебуритного класса, т.е. содержит в литом состоянии карбидную эвтектику. Существенным недостатком стали Х12Ф1 является пониженная механическая прочность, обусловленная наличием в этой стали большого количества карбидной фазы. Строчечное распределение карбидов, скопление карбидов, т.е. всё то, что называется карбидной ликвидацией, сильно ухудшает прочность стали. Для измельчения карбидной эвтектики и снижения балла карбидной неоднородности стали ледебуритного класса перед отжигом обязательно куют в интервале температур 1100-850^оС. В процессе ковки карбидная эвтектика дробится и более равномерно распределяется по структуре. Но тем не менее всё равно сохраняется карбидная неоднородность.

После проковки, чтобы уменьшить возможную деформацию калибров, их подвергают стабилизирующему отпуску.

Внутренние напряжения в металле могут возникать в результате различных видов обработки. Это могут быть термические напряжения, образовавшиеся в результате неравномерного нагрева, различной скорости охлаждения отдельных частей детали после горячей деформации, литья, сварки, шлифовки и резания. Могут быть структурными, т.е. появившиеся в результате структурных превращений, происходящих внутри детали в различных местах с различной скоростью. Внутренние напряжения в металле могут достигать большой величины и, складываясь с рабочими, т.е. возникающими при работе, могут неожиданно превышать предел прочности и приводить к разрушению. Устранение внутренних напряжений производится при температурах ниже температуры рекристаллизации: t_отж=0,2-0,3Тпл єК. Повышенная температура облегчает скольжение дислокаций и, под действием внутренних напряжений, происходит их перераспределение, т.е. из мест с повышенным уровнем внутренних напряжений дислокации перемещаются в области с пониженным уровнем. Происходит как бы разрядка внутренних напряжений. При нормальной температуре этот процесс будет длиться в течение нескольких лет. Увеличение температуры резко увеличивает скорость разрядки, и продолжительность составляет несколько часов.

3.1.1 Расчёт времени нагрева и выдержки при стабилизирующем отпуске

Время нагрева при отпуске зависит от температуры, нагревательной среды, формы и размеров детали. Для данного калибра, имеющего геометрический показатель тела W.

Для данной детали, имеющей форму полого цилиндра, геометрический показатель тела W равен:

W=0,07/1,18=0,6 см.

Размеры данной детали следующие: D=0,26 см, l=13,2 см.

Время нагрева при отпуске с температурой 750°С рассчитывается по формуле [2]:

(1)



ф_н = 10+1мин·1мм условной толщины

ф_н = 10 мин+1мин·26мм = 36 мин

Учитывая пониженную теплопроводность стали, увеличиваем время нагрева на 50%:

ф_н' = 36+0,5·36 = 54 мин

Время выдержки определяем с учётом структурных превращений, которые должны произойти при стабилизирующем отпуске. Как следует из литературных данных равно 2-3 ч. Принимаем равным 2ч [2]:

ф_общ = 54 мин+120 мин = 174 мин = 3 ч.

Режим отпуска:

- температура загрузки заготовок в печь - 250° С,

- скорость нагрева до температуры 750-760°С/час < 70° С/час,

- температура отпуска 750° - 760°С,

- выдержка при температуре отпуска - 2 часа,

- охлаждение с печью до 300°С, далее на воздухе.

3.2 Окончательная термическая обработка

Для того чтобы наш калибр обладал высокою износостойкостью и способностью получать при шлифовании и доводке поверхность высокого класса чистоты необходимо: получить высокую твердость около HRC 62, такая твердость обычно достигается закалкой.

В результате закалки из аустенита образуется неустойчивая, метастабильная структура мартенсит. Мартенсит представляет собой пересыщенный твёрдый раствор углерода в б-железе.

Содержание углерода в мартенсите такое же, как в исходном аустените. Из-за высокого содержания углерода кристаллическая решётка б-железа сильно искажается.

Закалкой называется нагрев стали до температуры выше фазовых превращений, выдержка при этой температуре и быстрое охлаждение со скоростью больше критической, чтобы превращение в перлитной и промежуточных областях оказывалось подавленным и образовывался мартенсит. Для большинства легированных сталей температура нагрева под закалку намного выше критических точек. Это определяется малой скоростью и степенью растворения карбидов, содержащих легирующие элементы в аустените.

Закалка применяется для повышения твердости и прочности, сопровождается уменьшением вязкости.

Закаленная сталь находится в напряженном состоянии и обладает большой хрупкостью. Для того чтобы уменьшить хрупкость, ослабить напряжения вызванные закалкой и получить определенные механические свойства, сталь подвергают отпуску. Закалка с последующим отпуском предназначена для повышения механических свойств стали.

Отпуском называется нагрев стали до температуры ниже Ас₁, выдержка при заданной температуре и последующее охлаждение с заданной скоростью (обычно на воздухе). Отпуск является конечной операцией термической обработки и проводится после закалки для уменьшения внутренних напряжений и получения более равновесной структуры. Находясь в напряженном неустойчивом состоянии, закаленная сталь стремиться к своему устойчивому стабильному состоянию.

Скорость охлаждения при отпуске также влияет на величину остаточных напряжений. С уменьшением скорости охлаждения величина остаточных напряжений понижается. Охлаждение при отпуске на воздухе способствует возникновению напряжений в 7 раз меньше.

С повышением температуры отпуска твердость и прочность снижается, а показатели пластичности и ударная вязкость увеличивается.

Применяемые режимы термической обработки для стали Х12Ф1, получаемые при этом свойства и некоторые данные о строении (количество аустенита) приведены в таблице 3.1.



Таблица 3.1. Применяемые режимы термической обработки для стали Х12Ф1

Режим	Температура, °С	Среда охлаждения	ТвердостьHRС (после закалки)	Количество аусте-нита, %	Темпе-ратура отпуска °С	Число отпус-ков	Твердость HRС(после отпуска)
I	1070±10	Масло (селитра)	62-64	20-25	160	1	62-64
II	1070±10	То же	62-64	20-25	200	1	58-60
III	1170±10	Масло (селитра)+ +обработка холодом при -70 °С	51-53	30-35	520	2-3	60-62
IV	1120±10	Масло (селитра)	60-62	35-45	Термическая доводка	60-62
Примечание. I --Обычный режим; II-- Применяют, если обработка по режиму I не обеспечивает необходимой вязкости; III --Для режущих инструментов, когда требуется износостойкость; IV -- Используют тогда, когда требуется неизменность размеров.

Сталь Х12Ф1 и ей подобные мало деформируются при закалке, а при применении термической доводки деформацию можно свести практически к нулю. Поэтому эти стали следует рекомендовать для инструмента сложной формы, для которого деформация при закалке недопустима.

Если размеры калибра уменьшились (калибр «сел»), то дается отпуск при 520° С. В результате такого отпуска остаточный аустенит превратится частично в мартенсит и размеры штампа увеличатся. Если размеры калибра при закалке увеличились (калибр «вырос»), то проводят отпуск при 350° С. Аустенит при этих температурах отпуска остается, а тетрагональный мартенсит превращается в отпущенный и размеры калибра уменьшаются. Эта операция носит название термической доводки. В результате термической доводки можно довести размеры калибров до требуемого значения с точностью ±0,1 мм.

Так как в задании на курсовую работу сталь предназначалась для изготовления измерительного инструмента (гладкие и резьбовые калибры), а подобные изделия требуют неизменности размеров, то для этого случая лучше всего подойдет IV режим термической обработки.



3.2.1 Расчёт времени нагрева и выдержки при закалке

Для закалки общее время пребывания детали в печи рассчитывается следующим образом:

где - время подогрева;

- время выдержки при подогреве;

- время окончательного нагрева;

- время выдержки при окончательном нагреве.

Время подогрева рассчитывается по способу Смольникова [2]:

где - суммарный физический фактор нагрева, зависящий от температуры нагрева, нагревательной среды и материала детали, мин/см;

- коэффициент равномерности нагрева;

- геометрический показатель тела.

Коэффициент К принимаем равным =45 мин/см [2], =1,3 мин/см[2], W=0,6см (см. ранее). Следовательно, время подогрева детали составляет:

ф_под = 45·1,3·0,6 = 35 мин.

Выдержка при подогреве необходима для выравнивания температуры по сечению детали. Время выдержки обычно принимают равным 25...30% от времени нагрева:



Тогда:

ф_{в под} = 0,25·35 = 9 мин

Однако такое значение времени выдержки при подогреве недостаточно, так как данная сталь является легированной и имеет пониженную теплопроводность, поэтому следует увеличить время выдержки, введя поправочный коэффициент равный 3, тогда:

Найдём время окончательной выдержки. Для обычных сталей:

ф_выд = 0,25·35 = 9 мин

Однако в данной стали при закалке должны пройти диффузионные процессы растворения фаз в аустените. В легированных сталях диффузионные процессы замедлены, поэтому для завершения структурных превращений такая выдержка недостаточна поэтому вводим поправочный коэффициент равный 3:

Принимаем время окончательной выдержки равным 30мин.

Общее время:

ф_общ = 35+30+30= 95 мин.

Режим окончательной термообработки:

- температура печи при загрузке - 600 - 650°С

- скорость нагрева до температуры 1110 -1130°С - 100 - 120° С/час.

- выдержка при 1110 -1130°С - 30 мин.

- охлаждение в масле до температуры ~ 100°С.

- термическая доводка - 350 или 520°С.

Выбор данного метода термической обработки обусловлен тем, что закалка с охлаждением в масле препятствует образованию закалочных дефектов, что очень важно для типа измерительного инструмента.

Также для получения высокой поверхностной твердости и для увеличения износостойкости сталь Х12Ф1 при желании можно подвергнуть химико-термической обработке.

Химико-термическая обработка - это одновременное воздействие на металл химической среды, тепла с целью направленного изменения состава и свойств поверхности детали. Различные виды ХТО направлены либо на повышение коррозионной стойкости, либо прочности и твердости, износостойких, антифрикционных свойств. Изменяя состав химической среды, можно в одних и тех же деталях получать различные свойства. К наиболее распространенным методам химико-термической обработки стали относятся: цементация (насыщение углеродом), азотирование (насыщение азотом), цианирование (одновременное насыщение углеродом и азотом), диффузионная металлизация, или поверхностное легирование. Последний метод в зависимости от насыщающего элемента подразделяют на хромирование, алитирование, силицирование (насыщение соответственно хромом, алюминием, кремнием) и др.

Для малоответственного инструмента (шаблонов, скоб) применяют цементацию с последующей заколкой и низким отпуском.

Азотированию подвергают технологическую оснастку из легированных сталей по ГОСТ 5950-73. Азотирование - процесс насыщения поверхности стали азотом.

Расчёт времени нагрева и выдержки при азотировании

Общее время пребывания детали в печи:



где - время нагрева;

- время выдержки;

- время охлаждения.

Время нагрева рассчитывается по способу Смольникова:

где - суммарный физический фактор нагрева, зависящий от температуры нагрева, нагревательной среды и материала детали, мин/см;

- коэффициент равномерности нагрева;

Нагрев детали происходит в газовой атмосфере, поэтому коэффициент К принимаем равным =45 мин/см [2], а при выбранном расположении детали =1,4 , тогда:

Следовательно, время нагрева детали составляет:

ф_н = 45·1,4·0,6 = 38 мин

Данная сталь является высоколегированной, имеет пониженную теплопроводность, поэтому её нагрев происходит медленнее. Следует увеличить время нагрева на 30%:

ф_н' = 38+38·0,3 = 50 мин

Требуется время на нагрев приспособления, поэтому полученное значение следует увеличить ещё на 30%:

ф_н' = 50+50·0,3 = 65 мин. Принимаем 1 час.

Время выдержки при азотировании зависит от температуры нагрева, особенностей стали и требуемой глубины слоя. В данном случае азотирование проводят при температуре 510°С. Для получения слоя глубиной 0,15-0,20 мм время выдержки должно составлять 5 часов [2]. Охлаждение после азотирования проводим на воздухе.

ф_общ = 1+5 = 6 час.



4. Выбор оборудования для термической обработки

К основному оборудованию термического участка относятся нагревательные печи, печи-ванны, установки для получения искусственных атмосфер, индукционные закалочные установки, закалочные баки, то есть оборудование, с помощью которого выполняют основные технологические операции. К вспомогательному оборудованию относят грузоподъемные средства, приспособления для загрузки деталей, контрольно-измерительную аппаратуру и приборы, оборудование для очистки деталей и т.п.

Печи для термической обработки классифицируются по следующим признакам:

1. По назначению - универсальные печи для отжига, нормализации, закалки и отпуска; цементационные; для азотирования; печи специального назначения.

2. По температуре рабочего пространства - низкотемпературные, среднетемпературные, высокотемпературные.

3. По характеру загрузки, выгрузки - камерные, шахтные, печи с выдвижным подом.

4. По источнику тепла - мазутные, газовые, электрические.

В небольших многотемпературных термических цехах и участках широкое распространение получили универсальные камерные печи, работающие на мазуте или газе, электрические печи камерные и шахтные с карборундовыми (силитовыми) нагревателями.

Шахтные печи нашли широкое применение для различных процессов термической обработки: отжига, нормализации, закалки, высокого и низкого отпуска и химико-термической обработки. Эти печи, имея вертикально расположенную рабочую камеру, позволяют нагревать длинные детали (оси, валы, трубы и др.), а также небольшие детали, размещая их на специальных приспособлениях (колёса, обоймы, кольца и др.). Размещение длинных деталей в подвешенном состоянии обеспечивает их минимальную деформацию в зоне действия транспортных средств: электротельферов, мостовых. Шахтные печи занимают в цехе меньшую площадь и на единицу площади пода большее количество продукции, чем камерные печи.

Преимущество шахтных печей: простота и компактность, лёгкость обслуживания, возможность использования для загрузки и разгрузки цеховых подъёмных и транспортных механизмов, возможность обеспечения равномерной температуры в рабочем пространстве, относительное простое обеспечение герметичности рабочего пространства печи.

К недостаткам следует отнести сложность в эксплуатации с применением контролируемых атмосфер при кратковременных режимах термической обработки, повышенный расход электроэнергии.

Преимуществом электрических печей перед топливными, является отсутствие дымовых газов, не требуется дымососная система, лучшая теплоизоляция, облегчение регулирования температуры.

К недостаткам следует отнести сложность механизации загрузки и разгрузки изделий, сложность создания в печи необходимо стабильной контролируемой атмосферы при кратковременных режимах термической обработки, высокий удельный расход контролируемой атмосферы.

Камерные печи широко применяются для различных видов термообработки деталей при единичном и мелкосерийном производстве. Камерные печи могут быть использованы для термической обработки по следующим режимам: закалка, отпуск, цементацию, азотирование. Для термической обработки небольших партий шестерен, валов, колец, ролики и.т.д. применяют камерные печи.

Цементационные печи используют для термической обработки по следующим операциям: цементация, закалка, отпуск. В этих печах обрабатываются детали такие как: шестерни, диски, штоки и т.д.

Преимущество во избежание перегрева обрабатываемых деталей между нагревателями и деталями располагают экраны, которые одновременно служат направляющим для потока печной атмосферы.

К недостаткам цементационной печи относят нагреватели с муфелем, которые подвержены науглероживанию, что приведет к преждевременному выходу их из строя, повышенный удельный расход электроэнергии.

Газовая печь применяется для отжига крупных деталей и при мелкосерийном производстве, применяют печи периодического действия с выдвижным подом. В печи с выдвижным подом обрабатываются детали такие как: валы, муфты, шестерни и др. детали.

Преимущество газовой печи в том, что горелки обеспечивают равномерный нагрев металла без перегрева, применение электрических нагревателей для обогрева подины газовых горелок упрощает печи и увеличивает полезный объём камеры нагрева.

Недостатки большой расход электроэнергии, сложность механизации загрузки и разгрузки деталей.[5]

В качестве основного оборудования для термической обработки калибра-пробки выбираем универсальную камерную печь. Для нагрева мелких деталей используем камерные печи сопротивления типа СНО 8.16.5./100.

Для охлаждения деталей после термообработки используем закалочные баки, которые могут иметь цилиндрическую или прямоугольную форму. В закалочных баках детали охлаждаются в свободном состоянии.

В качестве дополнительного оборудования используем оборудование для очистки деталей после термообработки - дробеметные установки и моечные машины.

Моечные машины применяют для очистки деталей от масла и загрязнений. В качестве промывающей жидкости используют раствор кальцинированной или каустической соды температурой 80-90?С.

В процессе термообработки детали окисляются и обезуглероживаются, следовательно, их нужно очищать. Дробеметная установка нужна именно для этой цели. Она состоит из метательных аппаратов, камеры очистки и очистителя. Очистка производится с помощью стальной дроби.

К вспомогательному оборудованию относят вентиляторы, средства механизации: подъемно-транспортное оборудование - краны, загрузочные машины и т. п. Вспомогательное оборудование включает в себя оборудование, предназначенное для контроля автоматизации тепловых процессов и качества продукции, в том числе лабораторное оборудование и приборы технического контроля - твердомеры.

В камерных печах загрузку и выгрузку деталей массой до 10 кг осуществляют вручную. При массе деталей более 10 кг используют средства механизации (подвесные клещи на монорельсе, манипуляторы, загрузочные машины). Мелкие детали загружают в печи на поддонах (противнях).

Загрузочная машина представляет собой устройство, при помощи которого детали на специальных поддонах загружают и выгружают из печи. Она передвигается по рельсам, которые расположены возле печей.

Мостовой кран предназначен для загрузки и выгрузки тяжелых деталей, при ремонтных работах перенос оборудования. Кран состоит из моста и тележки. Мост представляет собой цельносварную конструкцию, опирающуюся на ходовые колеса. Мост передвигается по рельсам, которые расположены вдоль пролета цеха. Тележка передвигается вдоль моста крана.



5. Маршрутная технология изготовления изделия

Существенным недостатком стали Х12Ф1 является пониженная механическая прочность, обусловленная наличием в этой стали большого количества карбидной фазы. Поэтому рекомендуется основательная его проковка.

После проковки, чтобы уменьшить возможную деформацию калибров, их подвергают стабилизирующему отпуску.

Режим отпуска:

- температура загрузки заготовок в печь - 250° С,

- скорость нагрева до температуры 750-760°С/час < 70° С/час,

- температура отпуска 750° - 760°С,

- выдержка при температуре отпуска - 2 часа,

- охлаждение с печью до 300°С, далее на воздухе.

Операция предварительной обработки калибра состоит из переходов:

а) обтачивание хвостовой части;

б) обтачивание рабочей части;

в) подрезание торца;

г) отрезания.

Подрезание торца с рабочей стороны для пробок диаметром свыше 16 мм состоит из двух переходов: подрезания торца и вытачивания углубления.

Обработка центровых отверстий выполняется на револьверном станке; для каждого торца необходимо четыре перехода:

а) центрирование;

б) сверление отверстия;

в) зенкерование конической части с углом конуса 60⁰;

г) зенкерование предохранительного конуса 120⁰.

Операция окончательного обтачивания калибра начинается с конической части, затем калибр переворачивается с перестановкой хомутика и производится обтачивание рабочей части и снятие фасок.

Режим окончательной термообработки:

- температура печи при загрузке - 600 - 650°С

- скорость нагрева до температуры 1110 -1130°С - 100 - 120° С/час.

- выдержка при 1110 -1130°С - 30 мин.

- охлаждение в масле до температуры ~ 100°С.

- термическая доводка - 350 или 520°С.

Шлифование рабочей и хвостовой части калибра-пробки производиться на круглошлифовальном станке.

Затем проводиться маркировка калибра. Доводка рабочей части калибра осуществляется как в ручную на простых доводочных головках, так и механическим путем на станках.



6. Контроль качества

Качество продукции формируется в процессе всего цикла производства деталей, и в этой связи возникает необходимость в управлении качеством.

Контроль качества является мощным средством совершенствования любого технологического процесса, в том числе и термической обработки. В соответствии с ГОСТ 7342-79 техническим контролем называется проверка соответствия процессов обработки и их результатов техническим требованиям.

Таким образом, объектом контроля являются исходные материалы, технологические процессы термической обработки, а также готовая продукция. К обязательным показателям процесса контроля относят: точность измерений, их достоверность и надежность, а также трудоемкость и стоимость.

Качество термической обработки может характеризоваться микро-структурой, твердостью, глубиной (толщиной) поверхностного слоя, механи-ческими, физическими и другими специальными свойствами, геометрическими параметрами изделия и т.д. Контроль проводится в соответствии с нормативно-технической документацией (ГОСТы, ОСТы и др.), по требованиям которой поставляется данная продукция предприятия. В технических условиях кроме параметров контроля оговариваются также методики и приспособления для его проведения, объем проверяемых деталей (процент от садки или партии), допускаемый разброс в свойствах.

Брак при термической обработке может явиться следствием наличия в готовых изделиях либо полуфабрикатах дефектов чисто металлургического происхождения (волосовины, усадочная раковина, чрезмерная ликвация), дефектов горячей или холодной пластической деформации, и наконец, следствием нарушения действующей технологии термической обработки.

Контроль осуществляется в соответствии с техническими условиями, в которых перечислены объекты, подлежащие проверке, контролируемые характеристики и методические средства контроля, допускаемый разброс в свойствах, а также в соответствии с ГОСТом. Контроль может быть выборочным и стопроцентным.

Для штамповых сталей в закаленном состоянии параметрами контроля являются:

- твердость ГОСТ 5950 - 73 HRC 63 - 65;

- величина аустенитного зерна ГОСТ 5639 - 82 8-9 балл, Аост до 20%.

После закалки и отпуска контроль проводится на следующие параметры:

- твердость HRC 57 - 59

- теплостойкость 420оС

- карбидная неоднородность (1 балл)

Контролируемые параметры зависят так же от назначения, марки и массы инструмента.

Допускаемое количество Аост < 10% после отпуска.

Основным условием предотвращения брака при термической обработке, является строгое соблюдение технологического процесса, который устанавливается на основании опытных и литературных данных. Несоблюдение технологического процесса приводит к браку, который может быть исправимым и неисправимым.

Неисправимый брак связан с нарушением химического состава поверхностных слоев металла при окислении, а также с пережогом и короблением изделия. Остальные виды брака исправимы. Однако получить высокое качество термической обработки после исправления брака трудно.



Заключение

Таким образом, в данном курсовом проекте были проанализированы условия работы, которые предъявляют к калибрам, как важной и ответственной детали измерительного инструмента, был выбран материал и проведен его подробный анализ, были представлены все возможные технологические пути термообработки, а также проведен подробный расчет выбранного режима. Несмотря на современность некоторых возможных способов, был выбран режим относительно простой, но он в тоже время является наиболее проверенным методом для инструментальных штамповых сталей, а значит точно придаст нашей заготовке все необходимые ей свойства, при соблюдении всех условий термической обработки. В данном курсовом проекте учтены заменители для выбранного материала, даны некоторые рекомендации к их выбору. Рассмотрены возможные дефекты при термообработке и даны конкретные рекомендации к их устранению.

Вторая часть курсового проекта - выбор оборудования. Произведен выбор печей, с учетом их технологических характеристик и выбрано вспомогательное оборудование.



Список используемых источников

1. Технология термической обработки метала / А.И. Самохоцкий, Н.Г. Парфеновская. - М.: Машиностроение, 1976.

2. Филлипов С.А., Фиргер И.А. «Справочник термиста». М.: Машиностроение, 1975г.

3. Ведмидский А.М. Технология производства измерительных приборов. М.: Машгиз, 1953 г.

4. Медовой И.А., Уманский Я.Г. и Журавлев Н.М. Исполнительные размеры калибров. Справочник, книга 1, Машиностроение, 1980, с.384

5. Медовой И.А. и Дроздова Ю.И. Исполнительные размеры калибров. Справочник, книга 2, Машиностроение, 1980, с. 445

6. Чудов В.А., Цидулко Ф.В., Фрейдгейм Н.И. Размерный контроль в машиностроении. М, Машиностроение, 1982, 328 с.

7. Городецкий Ю.Г. Конструкция, расчет и эксплуатация измерительных инструментов и приборов. Машиностроение, 1971, 376 с

Размещено на Allbest.ru

...