Проектирование и производство заготовок
Работа добавлена: 2015-12-09





Министерство образования Республики Беларусь

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Инженерно-педагогический факультет

Кафедра «Профессиональное обучение и педагогика»

Контрольная работа

по дисциплине «Проектирование и производство заготовок»

Выполнил:

студент группы 309031-11      А. А. Заяц

Проверил:         В.В. Бабук

2014

Введение

Правильно выбрать заготовку – это значит определить рациональный метод её получения, установить припуски на механическую обработку каждой из обрабатываемых поверхностей, указать размеры заготовки и установить допуски на неточность их изготовления, назначить уклоны и технические условия на выполнение заготовки. Целесообразность и экономическая эффективность того или иного вида заготовки зависят от многих факторов и в первую очередь от серийности производства. Особенно важно правильно выбрать вид заготовки и назначить наиболее оптимальные условия на ее изготовление в условиях автоматизированного производства, когда, размеры детали, при механической обработке получаются автоматически на предварительно настроенных станках. Здесь недостаточные припуски также вредны, как и излишние, а неравномерная твердость материала или большие уклоны на заготовке могут вызвать большие колебания в допусках размеров готовой детали вследствие закона копирования.

Основными технологическими процессами получения заготовок являются литье, обработка давлением и сварка.

Сварку как самостоятельный процесс формообразования заготовки можно рассматривать только условно, поскольку ее применяют для неразъемного неподвижного соединения отдельных частей заготовки, ранее полученных на основе других процессов.

Выбор технологического процесса получения заготовки и метода ее формообразования определяется следующими факторами:

1) технологическими свойствами материала, т. е. его литейными свойствами или способностью претерпевать пластические деформации при обработке давлением а также структурными изменениями материала в результате применения того или иного способа изготовления заготовки (расположение волокон в поковках, величина зерна в литых деталях и т. п.);

2) конструктивными формами и размерами детали (чем больше деталь, тем дороже обходится изготовление металлических форм, штампов и т. п.);

3) требуемой точностью выполнения заготовки и качеством ее поверхности (шероховатость поверхности, наклеп, остаточные напряжения и т. п.);

4) величиной программного задания (при больших партиях наиболее годны способы, которые обеспечивают наибольшее приближение формы и размеров заготовки к форме и размерам детали: точная штамповка, литье под давлением и т.п.);

5) производственными возможностями заготовительных цехов (наличие соответствующего оборудования);

6) временем, затрачиваемым на подготовку производства (изготовление штампов, моделей, пресс-форм и т.п.);

7) возможностью быстрой переналадки оборудования и оснастки, особенно при работе на переменно-поточных линиях, характерных для автоматизированного производства.

В данной работе выберем заготовку для заданной детали с годовой программой выпуска 20000 шт.


1 Назначение и условия работы детали в узле

Заданная деталь «Фланец 64221-2502130». Входит в редуктор заднего моста автомобиля МАЗ–64221. Общий вид редуктора покажем на рис. 1.1.

Рис. 1.1 – Редуктор заднего моста

Редуктор заднего моста состоит из 2-х подузелов: редуктора и ведущей шестерни. Фланец 1 входит непосредственно в подузел шестерни ведущей. Подузел состоит из фланца 1, крышки 5, подшипников 6 и 7, шестерни ведущей 3, стакана подшипников 4.

Ведущая шестерня 3 представляет собой коническую шестерню, выполненную заодно с валом. Она находиться внутри стакана подшипников 4 и может вращаться за счет конический ролико-подшипников 6 и 7. На шлицевом конце вала-шестерни  3 находиться фланец 1. Фланец соединён с карданной передачей, которая предает крутящий момент от коробки передач автомобиля на ведущую шестерню 3. Ведущая шестерня 3 находиться в зацеплении с ведомой шестерней 8 редуктора, которая закреплена на картере дифференциала 9. В конечном итоге крутящий момент от ведомой шестерни передается на полуоси заднего моста и далее на колеса автомобиля.

Как видно из описания, фланец играет в работе узла большое значение, т.к. от его состояния зависит работа всего автомобиля. Поверхности фланца при работе испытывают определённые нагрузки. Зубья шлицев при передаче крутящего момента работают на изгиб, а поверхности зубьев испытывают смятие и истирание. На наружной поверхности Ø85-0,14 ступицы находится манжеты, предохраняющие попадание пыли и грязи внутрь стакана подшипников. С помощью 8-ми отверстий Ø14 фланец 1 соединяется с фланцем кардана. Стенки отверстий испытывают давление от стержней болтов, а сам фланец испытывает напряжение разрыва. В связи с этим правильным должен быть выбор материала детали, который обеспечивал бы достаточную прочность конструкции и поверхностную твёрдость наружной поверхности под манжеты.

Материал детали – сталь 40Х ГОСТ 4543-71. Поставляется в виде проката (сортового и фасонного), калиброванного прутка, листа, полосы, паковок, труб. Химический состав и механические свойства стали приведем в таблицах 1.1 и 1.2.

Таблица1.1 – Химический состав стали 40Х, % (ГОСТ 4543-71)

C

Si

Mn

Cr

Ni

Cu

S

P

Не более

0,36-044

0,17-0,37

0,5-0,8

0,8-1,1

0,3

0,035

Таблица1.2 – Механические свойства стали 40Х

Сечение,

мм

ʛ0,2

ʛВ

Ψ

KCU,

Дж/см²

НВ

МПа

%

Закалка 840-860, вода, масло. Отпуск 580-650, вода, воздух

101-200

490

655

15

45

59

212-248

201-300

440

635

14

40

54

197-235

301-500

345

590

14

38

49

174-217

Примечание: ʛ0,2 – предел текучести условный;

    ʛВ – временное сопротивление разрыву;

    ʛВ – относительное удлинение после разрыва;

    Ψ – относительное сужение;

    KCU – ударная вязкость, определенная на образце с концентратором вида U.

Технологические свойства материала:

– температура начала ковки – 1250, конца – 800;

– свариваемость – трудносвариваемая;

– обрабатываемость резанием – в горячекатаном состоянии при НВ 163-168, ʛВ = 610 Мпа.

 тв.сп. = 1,2    б.ст. = 0,95

– склонна к отпускной хрупкости;

Заменители стали 40Х: 45Х, 38ХА, 40ХН, 40ХС, 40ХФ, 40ХР.

Данные взяты из[6, с.143…145]


2 Выбор оптимального метода получения заготовки

На выбор метода получения заготовки влияют следующие факторы: назначение детали и технические требования на её изготовление; объем и серийность выпуска; форма поверхностей и размеры детали; материал детали.

Учитывая конфигурацию данного фланца, считаем, что заготовкой может быть только поковка.

В действующих кузнечно-штамповочных цехах со среднесерийным производством ведущее место по числу выпускаемых поковок занимает штамповка на паровоздушных молотах. Наибольшее применение молоты получили благодаря своей универсальности и простоте в эксплуатации. Для горячей штамповки поковок используют паровоздушные молоты двойного действия, бесшаботные молоты и реже молоты простого действия.

Достоинства такой штамповки:

– возможность штамповки в открытых и закрытых штампах;

– большая номенклатура поковок;

– применение виброизоляции молотов;

– применение деталей и узлов с повышенной динамической прочностью;

– усовершенствование системы управления молотами (сервопривод механизма управления);

Недостатки:

– неполная загрузка на подготовительных операциях многоручьевой штамповки, когда расходуется 0,25-0,3 мощности; [7, с.315-316]

Рассчитаем поковку, получаемою на паровоздушном молоте.

Расчет ведем по [2].

  1.  Исходные данные по детали
    1.  Материал – сталь 40Х: C – 0,36-0,344%; Mn – 0,50,8%; Si – 0,17-0,37%; Cr – 0,8-1,1%; Cu – 0,3%; Ni – 0.3%.
    2.  Масса детали

Т.к. масса детали не указана, рассчитаем её с помощью таблиц, приведенных в [5].

Mд = m1 + m2 + m3 + m4 + m5 m6 m7 m8 m9 m10 m11

где   m1  5,22 кг – масса участка Ø230х16;

 m2  0,6 кг – масса участка Ø180х3;

 m3 1,15 кг – масса участка Ø180/ Ø108х9;

 m4 1,92 кг – масса участка Ø85х43;

 m5 1,53 кг – масса участка Ø108/ Ø102х22,5;

 m6 0,92 кг – масса участка Ø223х3;

 m7 1,74 кг – масса участка Ø165/ Ø100х16;

 m8 0,13 кг – масса участка Ø85х3;

 m9 0,09 кг – масса участка Ø68х3;

 m10 1,51 кг – масса шлицевого отверстия;

 m11 0,13 кг – масса участка 8-ми отв. Ø14х13.

 Mд = 5,22+0,6+1,15+1,92+1,53–0,92–1,74–0,13–0,09–1,51–0,13=5,9 кг.

  1.  Исходные данные для расчета
    1.  Масса поковки (расчетная)

Gп = Gд*KP,      [2, с.8]

где KP –расчетный коэффициент. 

 Из таблицы 20 для крупных деталей  KP = 1,5-1,8

Принимаем KP = 1,65

Gп = 5,91,65 = 9,7кг

  1.  Класс точности – Т5 (см. приложение 1);
    1.  Группа стали – М2 (см. табл. 1);

Средняя массовая доля углерода – 0,4%;

Суммарная массовая доля легирующих элементов:

2,47%(0,65%Mn+0,27%Si+0.95%Cr+0.3%Cu+0.3%Ni)

  1.  Степень сложности – С3 (см. прил. 2);

Массу описывающей (цилиндр) фигуры

Gф найдем по [5], исходя из увеличенных в 1,05 раза габаритов (Ø230х90) детали [2, c.30].

1.05(Ø230х90) = Ø241,5х94,5

Gф = 33,93 кг

Gп/ Gф =9,7/33,93 = 0,29

Это соответствует степени сложности поковки С3.     [2, с.30]

  1.  Припуски и кузнечные напуски
    1.  Основные припуски на размеры (см. табл.3), мм:

2,6 – диаметр 230 и шероховатость Ra 12,5 мкм;

3,0 – диаметр 85 и шероховатость Ra 0,32 мкм;

2,7 – диаметр 56 и шероховатость Ra 6,3 мкм;

3,0 – диаметр 16 и шероховатость Ra 6,3 мкм;

3,0 – диаметр 90 и шероховатость Ra 3,2 мкм;

  1.  Дополнительные припуски, учитывающие:

– смещение по поверхности разъема штампа – 0,4 мм (табл.4)

– Отклонение от плоскости (табл.5): фланца – 0,6 мм, ступицы – 0,4 мм;

  1.  Размеры поковки и их допускаемые отклонения
    1.  Размеры поковки.

Ø230+(2,6+0,4)2 = 236, принимается 236;

Ø85+(3,0+0,4)2 = 91,8, принимается 92;

Ø56+(2,7+0,4)2 = 49,2, принимается 49;

90+(3,2+0,6+3,2+0,4) = 97,4, принимается 97;

16+(3,2+0,6+2,5+0,4) = 22,7, принимается 22,5.

  1.  Допускаемые отклонения размеров (табл.8), мм:

Ø; Ø; Ø; Ø; Ø;

  1.  Допускаемая величина остаточного облоя (п. 5,8)

1,2 мм (табл.10);

  1.  Допускаемое отклонение от плоскости (п.5.16)

1,2 мм (табл.13);

  1.  Допускаемое смещение по поверхности разъема штампа

1,0 мм (табл.9);

  1.  Допускаемая величина высоты заусенца

5 мм (по п.5.10)

  1.  Допускаемое отклонение от концентричности пробитого отверстия

2,0 мм (табл.12)

Чертёж поковки приведем на рис. 2.1

Рис. 2 – Чертеж поковки, получаемой штамповкой на молоте

С помощью таблиц, приведенных в [5], рассчитаем массу поковки:

МЗ = М1 + М2 + М3 – М4 –М5,

где М1  7,78 кг – масса участка Ø238х22,5;

     М2  1,17 кг – масса участка Ø110/ Ø180х9;

     М3  4,12 кг – масса участка Ø92/ Ø110х65,5;

     М4  2,45 кг – масса участка Ø165/ Ø100х22,5;

     М5  0,85 кг – масса участка Ø43х74,5.

МЗ = 7,78+1,17+4,12–2,45–0,85 = 9,77 кг

 

Вторым вариантом заготовки может быть поковка, получаемая на кривошипном горячештамповочном прессе (КГШП). Штамповка на КГШП в 2-3 раза производительнее штамповки на молотах, припуски и допуски уменьшаются на 20-35%, расход металла на поковки – на 10-15%. [4, с.59]

Рассчитаем данную поковку.

Расчет ведем по тому же источнику. Записываем только отличающиеся статьи.

  1.  Класс точности – Т4 (прил.1);
  2.  Исходный индекс – 15 [2, табл.2];
  3.  Припуски и кузнечные напуски:
    1.  Основные припуски на размеры (см. табл.2)

2,2 – диаметр 230 и шероховатость Ra 12,5 мкм;

2,5 – диаметр 85 и шероховатость Ra 0,32 мкм;

2,3 – диаметр 56 и шероховатость Ra 6,3 мкм;

2,0 – толщина 16 и шероховатость Ra 6,3 мкм;

2,7 – диаметр 90 и шероховатость Ra 13,2 мкм.

  1.  Дополнительные припуски, учитывающие:

– смещение по поверхности разъема штампа – 0,3 мм (табл.4);

– отклонение от плоскостности (табл.5): фланца – 0,5мм, ступицы – 0,3 мм.

  1.  Штамповочный уклон:

На наружной поверхности – не более 7о, принимаем 7о;

На внутренней поверхности – не более 10 о, принимаем 10о.

  1.  Размеры поковки и их допускаемые отклонения.
    1.  Размеры поковки, мм:

Ø230+(2,2+0,3)2 = 235, принимается 235;

Ø85+(2,5+0,3)2 = 90,6, принимается 90;

Ø56+(2,3+0,3)2 = 50,8, принимается 51;

Толщина 90+(2,7+0,5+2,7+0,3) = 96,2, принимается 96;

Толщина 16+(2,7+0,5+2,0+0,5) = 21,7, принимается 21,5.

  1.  Радиус закругления наружных углов – 3,6 мм (минимальный); принимается 4 мм (табл.7).
    1.  Допускаемые отклонения размеров, мм (табл.8):

Ø; Ø; Ø; Ø; Ø;

  1.  Неуказанные допуски радиусов закругления (п.5,23)

– 1,0 мм (табл.17);

  1.  Допускаемая величина остаточного облоя (п.5,8)

– 1,0 мм (табл.10);

  1.  Допускаемое отклонение от плоскости (п.5,16)

– 1,0 мм (табл.13);

  1.  Допускаемое смещение по поверхности разъема штампа

– 0,8 мм (табл.9);

  1.  Допускаемая величина высоты заусенца

– 5 мм (по п.5,10);

  1.  Допускаемое отклонение от концентричности пробитого отв.

– 1,5 мм (табл.12);

  1.  Неуказанные допуски размеров принимаются по п.5,5: 1,5 допуска соотв. размера поковки с равными допускаемыми отклонениями.

Чертеж поковки приведем на рис.2.2

Рис. 2.2 – Чертеж поковки, получаемой штамповкой на КГШП

С помощью таблиц, приведенных в [5], рассчитаем массу поковки:

МЗ = М1+ М2+ М3– М4– М5.

где М1  7,32 кг – масса участка Ø235х21,5;

     М2  1,15 кг – масса участка Ø108/ Ø180х9;

     М3  3,96 кг – масса участка Ø90/ Ø108х65,5;

     М4  2,36 кг – масса участка Ø165/ Ø100х22;

     М5  0,92 кг – масса участка Ø45х74.

МЗ = 7,32+1,15+3,96–2,36–0,92 = 9,15 кг

Теперь рассчитаем стоимости заготовок по вариантам.

Стоимость заготовок, получаемых литьём в земляные формы и кокили, по выплавляемым моделям, под давлением, а также штамповкой на молотах, прессах, ГКМ, определяется по формуле:

SЗАГ = (Si/1000•QkTkСkВkМkП)–(Qq) SОТХ/1000,   [4, с.66]

Где Si – базовая стоимость 1т. заготовок, руб.;

      kT,kС,kВ,kМ,kП – коэффициенты, зависящие соответственно от класса точности, группы сложности, массы, марки материала и объём производства заготовок;

      Q – масса заготовки, кг.;

      q масса детали, кг.;

      SОТХ – цена 1т. отходов, руб.

 Si = 5100000 руб.;

 kT  – 1,0 – нормальная точность поковки; [4, с.74]

 kT – 1,05 – повышенная точность поковки для КГШП; [4, с.74]

 kМ – для углеродистых сталей; [4, с.74]

Из [6, табл.4,17, табл.4,18];

 kС – для 3-й группы сложности поковок;

 kВ – 0,87 – для поковок из углеродистой стали массой 4-10 кг.;

 kП – для поковок массой 4-10 кг. И объёме производства 3,5-75 тыс. в год.

 Q – 9,15 кг. – для поковки на КГШП;

 Q – 9,77 кг. – для поковки на молоте;

q – 5.9 кг.

 SОТХ – 510000

Стоимость поковки, получаемой на молотах:

SЗАГ1 = 5100000/1000•9,77•1,0•1,0•0,87•1,0•1,0-(9,77-5,9) •510000/1000 =

=41376 руб.

Стоимость поковки, получаемой на КГШП:

 SЗАГ2 = 5100000/1000•915•1,05•1,0•0,87•1,0•1,0-(9,15-5,9)•510000/1000 =

= 40971 руб.

 

Результаты расчетов сводим в таблицу 2.1

Таблица 2.1 – Данные для расчетов стоимости заготовки по вариантам

Наименование показателей

1-й вариант

2-й вариант

Вид заготовки

Поковка на молотах

Поковка на КГШП

Класс точности

Т5

Т4

Группа стали

М2

М2

Степень сложности

С3

С3

Исходный индекс

17

15

Масса заготовки, кг.

9,77

9,15

Стоимость 1т. заготовок, принятых за базу Si, руб.

5100000

5100000

Стоимость 1т. стружки Sотх, руб.

510000

510000

Себестоимость Sзаг, руб.

41376

40971

Сравнивая варианты, видим, что дешевле оказался 2-й вариант получения заготовки. Экономический эффект от применения заготовки по этому варианту найдём по формуле:

ЭЗ = (SЗАГ1 SЗАГ2) • N = (41376–40971) • 20000 = 8100000 руб.

Итак, к дальнейшей разработке принимаем в качестве заготовки поковку, получаемую штамповкой на КГШП.

КГШП используют благодаря следующим их преимуществам по сравнению с молотами:

– повышенной точности размеров получаемых на КГШП поковок из-за постоянства хода пресса н определенности нижнего положения ползуна, что позволяет уменьшить отклонения размеров поковок по высоте; поковки не контролируют на сдвиг, так как в конструкции пресса н штампа предусмотрено надежное направление ползуна в направляющих станины, а для точного совпадения верхней и нижней частей штампа – направляющие колонки и втулки;

– увеличенному коэффициенту использования металла вследствие более совершенной конструкции штампов, снабженных верхним и нижним выталкивателями, что позволяет уменьшить штамповочные уклоны, припуски, напуски и допуски и тем самым приводит к экономии  металла и уменьшению последующей обработки поковок резанием;

– улучшенным условиям труда вследствие меньших шумовых эффектов, вибрации и сотрясения почвы, чем при работе на молотах, и относительно спокойным безударным характером работы, что позволяет устанавливать КТШП в зданиях облегченной конструкции;

– возможности применения автоматических перекладчиков заготовок;

– более высокой производительности, например в 1,4—2 раза при штамповке поковок шестерен, так как деформация  на  прессе в каждом ручье выполняется за один ход, а на молоте – за несколько ударов;

– более высокому КПД, достигающему 6–8 %; экономический (приведенный к энергии топлива) КПД – пресса в 2–4 раза выше, чем у молота;

– снижению себестоимости продукции за счет снижения расхода металла и эксплуатационной стоимости.

К недостаткам КГШП и штамповки на этих прессах (по сравнению с молотами) относят:

– более высокую (в 3—4 раза) стоимость КГШП при сопоставимых мощностях КГШП и молота;

– возможность заклинивания и поломки прессов при крайнем нижнем положили ползуна, на вывод из которого затрачивается много времени;

– меньшая универсальность – из-за жесткого хода ползуна не применяют протяжку и подкатку заготовок;

– необходимость очистки заготовок перёд штамповкой от окалины, так как деформация проходит за один ход пресса при плавном безударном нагружении, и окалина может быть заштампована в поверхность поковки;

– необходимость применения большего числа ручьев при получений поковок сложной формы из-за худшего заполнения глубоких полостей;

– более сложные конструкции штампов и их регулирование.

Особенностью кинематической схемы КГШП, обеспечивающей  жесткую связь между приводом и ползуном, является то, что при подходе шатуна к нижнему положению (нижней мертвой точке кривошипного механизма) при одном и том же моменте на кривошипном валу усилие на ползуне теоретически может расти до бесконечности. Рост усилия ведет к увеличению деформации деталей пресса. При значительной перегрузке, например при резком охлаждении тонкого заусенца, ползун КГШП, не доходя до нижнего положения, останавливается, и пресс может заклиниться. 

Учитывая необходимость предупреждения заклинивания пресса, которое может, например, возникать при холодной бесзазорной настройке штампа вследствие расширения его деталей от разогрева при соприкосновении с горячим металлом, предусматривать работу штампа «в распор» нельзя, соударение частей штампа считается опасным и не допускается. Для изменения расстояния между частями штампа (вставками) при наладке в штампе применяют канавки с открытым магазином, а при наладке штампа без нагрузки между выступами канавки помещают прокладки. Поэтому при штамповке на КГШП предусматривают облой, толщина которого больше, чем толщина облоя при многоударной штамповке на молоте [3, c.176-177].


3 Очистка заготовок

После штамповки и термической обработки на поверхности поковок остается окалина, очистка от которой необходима для повышения стойкости режущего инструмента при механической обработке, а также для выявления дефектов на поверхности поковок (волосовин, трещин й т. п.). Существует несколько способов удаления окалины, из которых наибольшее распространение получили дробеметная очистка, галтовка и травление.

Дробеметную очистку осуществляют струей металлической дроби, выбрасываемой на поковку лопатками быстровращающегося колеса турбины. (Применяют дробь — или литую, или нарезанную из стальной проволоки.) Скорость летящих дробинок достигает 60 м/с, диаметр — от 0,5 до 2 мм. Очистку проводят в специальных дробеметных барабанах, в которых поковки находятся на вращающейся бесконечной ленте. При вращении ленты поковки переворачиваются, что создает хорошие условия для очистки (рис. 3,1, а).

В ряде конструкций барабанов дробь выбрасывается на поковки струей сжатого воздуха; такую очистку называют дробеструйной. Очистка дробью дает хорошие результаты и широко применяется в кузнечных цехах. Недостатком способа является значительный расход дроби, которая крошится (2,5—3,5 кг на 1 т поковок).

Рис. 3.1 – Схемы очистки поковок в дробеметном (а) и галтовочном (б) барабанах

При галтовке поковки загружают во вращающийся барабан вместе с металлическими звездочками, абразивным боем и т. п. Во время вращения барабана (рис. 3,1, б) поковки перекатываются, ударяются друг о друга и о звездочки, очищаясь от окалины. Производительность стандартного барабана – 2 т поковок в час. Галтовкой очищают сравнительно мелкие поковки простой ^ конфигурации (массой до 50 кг) во избежание забоин на поверхности изделий. Недостатком способа является однообразный утомляющий шум при работе барабанов, а также невозможность очистки внутренних полостей.

Травление заключается в воздействии кислоты на металл. Для очистки стальных поковок применяют 20%-ный раствор серной кислоты при 60—90°С, реже—15%-ный раствор соляной кислоты, а также смесь этих кислот. Серная кислота вступает во взаимодействие со сталью, отслаивая окалину в виде рыхлой пленки, которая растрескивается и осыпается с поковки; соляная кислота растворяет окалину.

Травление проводят в ваннах с кислотоупорным покрытием.  Травильный раствор подогревают до рабочей температуры с помощью змеевиков, изготовленных из свинцовой трубы. Поковки загружают в ванну в специальных корзинах из кислотоупорной стали, раствор непрерывно перемешивают.

Травление стальных поковок применяют редко, так как оно является дорогостоящим процессом (при травлении расходуется кислота и стравливается основной металл) и не удовлетворяет санитарно-гигиеническим требованиям. Более широко травление применяют при очистке поковок из алюминиевых, медных, магниевых и титановых сплавов.


 4 Термообработка заготовок

Качество поковок и изготовляемых из них изделий а значительной степени зависит от термической обработки, которая состоит из двух стадий –предварительной и окончательной.

Целью предварительной термической обработки является: улучшение обрабатываемости металла для изготовлении изделий; подготовка структуры металла для. окончательной термической обработки, т. е. получение однородной мелкозернистой структуры: снятие наклепа, снижение уровня внутренних напряжений; противофлокенная обработка; улучшение комплекса механических свойств.

Цель окончательной термической обработки – придание металлу требуемых механических свойств.

Термическая обработка поковок имеет ряд особенностей. Одна из них – возникновение значительного перепада температур по сечению поковки (особенно у крупных), что приводит к не-одновременности протекания фазовых превращений, а следовательно, к получению различных структур (от мартенситной на поверхности до перлитной в центре заготовки). Кроме того, перепад температур по сечению поковки и, как следствие, неодновременность структурных превращений приводят к возникновению внутренних напряжений, отрицательно сказывающихся на свойствах поковки.

Охлаждение поковок, вызывающее фазовое превращение при пониженных температурах (ниже 400–300 °С), обусловливает появление высоких растягивающих напряжений в поверхностной зоне, что может привести к образованию трещин. Для предотвращения их образования крупные поковки после охлаждения с температуры аустенитизации необходимо помещать в печь с температурой 300–400 °С. Если отпуску подвергается поковка с структурой перлита, то релаксация напряжений происходит в основном при повышенных температурах нагрева (500-550 °С).

Для стали 40Х [8, табл.48] рекомендуются следующие виды предварительной термообработки:

  1.  Нормализацию: нагрев до 850-860 °С и охлаждение на воздухе (187-229 НВ).
  2.  Высокий отпуск: нагрев до 620-680 °С и охлаждение на воздухе (217-269 НВ).
  3.  Отжиг: нагрев до 830-850 °С и охлаждение вместе с печью (170-207 НВ).

Нормализация, по физической сущности и конечным результатам  процесс нормализации идентичен процессу отжига и является его разновидностью. Нормализация от полного отжига отличается только тем, что в первом случае охлаждение изделий после выдержки производится на спокойном воздухе. Однако вследствие более высокой скорости охлаждения средне и высокоуглеродистая, а также и легированная сталь после нормализации приобретает более мелкозернистую структуру и повышенную твердость. В некоторых случаях поковки могут получить троосто-сорбитную структуру, что вызывает необходимость применять дополнительно высокий отпуск.

Закалка – процесс термообработки, обусловливающий получение неравновесных структур превращения или распада аустенита при резком его переохлаждении со скоростью выше критической. Критическая скорость закалки минимальная скорость охлаждения, при которой происходит переохлаждение  аустенита до температуры мартенситного превращения без его превращения в перлитном или игольчато-трооститном интервалах.

Отпуск – процесс термообработки, обусловливающий превращение неустойчивых структур, получившихся в результате закалки, в более устойчивые. Отпуск осуществляется путем нагрева изделий до температуры ниже точки Ас1, выдержки при этой температуре и последующего охлаждения.

В результате отпуска поковки получают требуемые механические свойства. Отпуск применяется в сочетании с процессом закалки (улучшение), а для некоторых марок легированной стали – в сочетании с нормализацией. При термообработке поковок применяется главным образом высокий отпуск.

Отжиг – процесс термообработки, позволяющий получать во время охлаждения с определенных температур равновесные (устойчивые) структуры распада аустенита.

В процессе отжига происходит изменение дисперсности фаз, формы и размера зерен аустенита; в результате получается равновесная структура (ферритно-цементитная смесь), снижаются прочность' и твердость, повышаются пластичность и вязкость, а также улучшается обрабатываемость стали резанием [8, с.59].


 5 Контроль качества заготовок

Общие сведения.

В кузнечных цехах применяют три вида технического контроля — контроль исходного металла, межоперационный контроль заготовок и окончательный контроль поковок. Первые два вида предназначены для своевременного предупреждения брака. Задача окончательного контроля состоит в том, чтобы не допустить выхода из кузнечного цеха недоброкачественных поковок.

Наружный осмотр поковок невооруженным глазом или с помощью лупы применяют для выявления поверхностных дефектов. Для обнаружения особо мелких дефектов поверхности пользуются магнитным и люминесцентным методами контроля. Внутренние дефекты обнаруживают с помощью ультразвуковых или рентгеновских установок.

Методы неразрушающего контроля.

Магнитный метод контроля заключается в том, что поковку сначала намагничивают в специальном устройстве (дефектоскопе), а затем на нее наносят слой магнитного порошка (опилок оксида железа) или поливают жидкостью, содержащей этот порошок. Притягиваясь к поковке, опилки выявляют наличие трещин, раковин и т. п., распределяясь на поверхности в соответствии с формой дефекта.

Люминесцентный контроль основан на способности минеральных масел, проникающих в трещины на поковке, светиться под воздействием ультрафиолетового излучения. Перед проверкой поковки погружают в раствор минерального масла в керосине, промывают, просушивают и опыляют порошком оксида магния (магнезией). Подготовленные таким образом поковки просматривают в затемненной кабине под ртутной кварцевой лампой. Имеющиеся на поверхности поковки трещины светятся ярко-белым светом на ее тёмно-фиолетовом фоне.

Ультразвуковой контроль основан на способности ультразвуковых колебаний отражаться от дефекта, находящегося внутри металла, и преобразовываться в электрические импульсы. Отраженные электрические колебания через усилитель подаются на осциллограф и в случае наличия дефекта вызывают отклонение луча на его экране.

Рентгеновский метод основан на способности рентгеновского излучения проникать через металл и поглощаться им в различной степени в зависимости от плотности. Если на пути рентгеновского излучения находится трещина, то в этом месте оно поглощается меньше, что фиксируется на фотографической пленке.

Контроль физико-механических свойств.

Контроль структуры металла, химический анализ стали, и механические испытания проводят в металлографической лаборатории кузнечного цеха или в ЦЗЛ. Качество термической обработки поковок определяют проверкой на твердость. Вырезанные из поковок образцы подвергают растяжению и испытанию на удар, в результате чего определяют предел прочности, относительные сужение и удлинение, а также ударную вязкость.

Контроль геометрических размеров.

Для выполнения этого контроля применяют универсальный и специальный контрольно-измерительный инструмент.

Универсальный контрольно-измерительный инструмент предназначен для определения размеров самых разнообразных по форме поковок. К нему относятся метрические линейки, складной метр, рулетка, кронциркули, штангенциркули, штангенвысотомеры, нутромеры, призмы установочные и поверочные, угольники, угломеры, радиусомеры, щупы и др. [1, с.256-257].


Заключение

В выполненной работе необходимо было выбрать оптимальный вариант метода получения заготовки для детали «фланец», изготавливаемой из стали 40Х. Анализируя конструкцию детали, свойства материала, предполагаемую серийность выпуска, сравнивались 2 метода: штамповка на КГШП и на молотах.

Расчет стоимостей получения заготовки по общим вариантам показал, что дешевле поковка, получаемая штамповкой на КГШП.

При выполнении работы был изучен способ штамповки на КГШП, а также некоторые вопросы очистки поковок, их термообработки, в особенности из стали 40Х, и контроля качества поковок.


СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Бойцов В.В., Трофимов И.Д., Горячая объемная штамповка. 2-е изд., перераб. и доп. М., Высшая школа, 1988.

2. ГОСТ 7505-89. Поковки стальные штамповочные. Допуски, припуски и кузнечные напуски.

3. Ковка и штамповка. Справочник в 4-х т. Т.2 Под ред. Е.И. Семенова. М., Машиностроение, 1986.

4. Проектирование технологических процессов механической обработки в машиностроении. Под ред. В.В. Бабука. Мн., Вышэйшая школа, 1987.

5. Поливанов М.П. Таблицы для подсчета массы деталей и материалов. Справочник. 9-е изд., исправ. и доп. М., Машиностроение, 1980.

6. Марочник сталей и сплавов. Под ред. В.Г. Сорокина, М. Машиностроение, 1989.

7. Охрименко Я.М., Технология кузнечно-штамповочного производства, 2-е изд., перераб. и доп. М., Машиностроение, 1976.

8. Технологический справочник по ковке и объемной штамповке. Под. ред. М.В. Сторожева. М., Машиностроение, 1959.




Возможно эти работы будут Вам интересны.

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАГОТОВОК, ПОЛУЧАЕМЫХ ЛИТЕМ В КОКИЛЬ

2. Производство стали. Производство цветных металлов

3. Лицензионно-разрешительное производство. Регистрационное производство

4. Методы получения заготовок

5. МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ

6. Производство таблеток

7. Производство попкорна

8. Прокатное производство

9. Предприятие и производство

10. ПРИКАЗНОЕ ПРОИЗВОДСТВО