Введение 3
Глава 1. Анализ способов динамического регулирования процесса термообработки 5
1.1 Анализ влияния типа стали на технологические характеристики термообработки 5
1.2 Анализ способов регулирования температуры в термических печах 15
1.3 Анализ способов и устройств управления нагревательной печью для металлургических изделий 26
Глава 2. Технологические аспекты технологических процессов термообработки валов 49
2.1 Патентный анализ процесса непрерывной закалки и отжига 49
2.2 Устройства и способы регулирования температуры при термообработке 56
Глава 3 Разработка перспективного процесса термообработки валов 70
3.1 Способ термообработки валов с использованием специальной электропечи 70
3.2 Мероприятия по безопасности при термообработке валов с использованием специальной электропечи 75
3.3 Определение экономических показателей термообработки валов с использованием специальной электропечи 78
Заключение 83
Список используемых источников 85
Валы находят широкое применение в машиностроении, нефтяной и химической промышленности, в судостроении. Процесс производства таких валов является очень сложной и наукоемкой задачей, что делает их себестоимость изготовления очень высокой.
Так как валы являются частью ответственных и дорогостоящих машин и механизмов, то обеспечение качества их изготовления становиться важнейшей и первостепенной задачей. Причинами, существенно снижающими качество маложестких валов, являются значительные по величине и хаотичные по направлению напряжения в материале валов, которые приводят к короблению и как следствие к выходу из строя валов и механизмов, в которые они входят.
Постоянное повышение требований к качеству, надёжности и долговечности технических изделий становится ключевой задачей современного машиностроения. Вследствие создания всё более прочных и технологичных конструкций узлов и агрегатов, в современном машиностроении происходит естественное снижение металлоёмкости продукции и, как результат, формирование значительного класса деталей: валы, оси, ходовые винты, шпиндели станков, гребные винты и т.д. Такие детали зачастую лимитируют межремонтные, межсервисные и ресурсные интервалы изделий. Производство подобных деталей в нашей стране постоянно увеличивается, что обусловлено все возрастающей потребностью в прецизионных машинах, ростом скоростей вращения технологического оборудования в нефтяной, газовой, автомобильной, судостроительной и авиационной промышленности.
Закалка стали проводится для повышения ее твердости, прочности и износостойкости. Это один из видов термической обработки, при котором металл сначала нагревается до температур, изменяющих его структурное состояние, а затем охлаждается таким образом, чтобы он приобрел требуемый физико-химический состав и необходимую кристаллическую структуру. Существует множество способов закалки стали, приводящих к различным результатам, но все они состоят из двух основных циклов: нагрева до критической точки и охлаждения с определенной скоростью до заданной температуры.
При закалке для переохлаждения аустенита до температуры мартенситного превращения требуется быстрое охлаждение, но не во всём интервале температур, а только в пределах 650—400 °C, то есть в том интервале температур, в котором аустенит менее всего устойчив и быстрее всего превращается в ферритно-цементитную смесь. Выше 650 °C скорость превращения аустенита мала, и поэтому смесь при закалке можно охлаждать в этом интервале температур медленно, но, конечно, не настолько, чтобы началось выпадение феррита или превращение аустенита в перлит.
Поэтому, задачи разработки технологий изготовления деталей данного класса, являются актуальными задачами современного машиностроения, а поиск резервов повышения точности обработки и ее последующее сохранение - актуальной научной проблемой технологии машиностроения. Основной проблемой при изготовлении деталей типа «Вал», является релаксация внутренних остаточных напряжений. Релаксация этих напряжений уже после изготовления детали приводит к непредсказуемому короблению. Таким образом, достигнув точности в ходе техпроцесса, мы можем потерять ее уже в ходе эксплуатации.
Причем указанные трудности изготовления маложестких деталей возрастают с увеличением отношения их длины к диаметру, так как в данном случае наблюдается снижение жесткости изделий, а процессы релаксации напряжений способны оказывать все более значительное влияние на стабильность геометрической формы валов.
Тогда, цель магистерской диссертации может быть сформулирована следующим образом: повышение качества изготовления валов путем совершенствования процесса термообработки.
Для определения влияния типа стали на технологические характеристики термообработки валов необходимо проведен анализ современного уровня развития данного направления производства. Наиболее эффективными методами такого анализа являются литературный и патентный обзоры. Проведенные обзоры показали необходимость применения автоматического управления параметрами термообработки валов для обеспечения высокого качество процесса.
На качество проведения термообработки валов существенное влияние оказывает множество взаимосвязанных факторов. Подробно данные факторы рассмотрены в предыдущих главах данной работы. В качестве наиболее значимых из них следует отметить следующие факторы.
Неравномерность температурного поля внутри термопечи, в которой производиться термообработка. Причинами такой неравномерности, как правило, является несовершенство конструкции печи, несовершенство нагревательных элементов, недостаточный мониторинг и регулирование температурного поля.
Неравномерность химического состава и структуры материала по длине и поперечному сечению валов. Такая неравномерность способствует формированию напряжений первого и второго рода в заготовках, снижая таким образом, качество термообработки. Особенно это опасно для маложестких валов.
Процессы, протекающие в печи достаточно инертны, и не требуют применения специальных высокоскоростных управляющих элементов и исполнительных механизмов. Вращение вала с небольшой скоростью при термообработке позволяет равномерно распределить воздействие температурного поля на материал детали.
Таким образом, по магистерской диссертации можно сделать следующие выводы:
1. Тип стали оказывает существенное влияние на технологические характеристики термообработки.
2. Без автоматического управления параметрами термообработки валов невозможно обеспечить высокое качество процесса.
3. Разработан перспективный технологический процесс термообработки валов.
4. Разработаны мероприятия по безопасности при термообработке валов с использованием специальной электропечи
5. Определены экономические показатели термообработки валов с использованием специальной электропечи
Тогда, цель магистерской диссертации: повышение качества изготовления валов путем совершенствования процесса термообработки можно считать достигнутой.
