Тема: Химико-термическая обработка деталей горнопроходческих комбайнов

Горнодобывающая отрасль России относится к одной из важных отраслей страны, потому что произведенная в ходе горнодобывающей деятельности продукция пользуется постоянным и хорошим спросом [1].
Несмотря на высокий спрос продукции и постоянное совершенствование данной сферы экономики страны горнодобывающая промышленность испытывает проблемы, связанные с повышенным износом оборудования, которые ведут за собой дополнительные издержки на обслуживание или приобретение дорогостоящего оборудования в случае ремонта или полного выхода из строя старого оборудования.
Решение этих проблем, позволяющих повысить качество и эффективность деятельности, можно достичь модернизацией и техническим переоснащением современным производительным автоматизированным оборудованием.
К главной стадии создания оборудования относится выбор материалов для изготовления его деталей, которые определяют эксплуатационное качество деталей и машины в целом, технологию их изготовления [2].
При проектировании современных видов высокотехнологичных, экономичных и надёжных в применении машин необходимо использование высокопрочных материалов и модернизация способов их обработки [3].
Химико-термическая обработка (ХТО) - один из действенных и массово используемых в промышленности методов увеличения надежности и долговечности ответственных деталей машин, инструмента и технологической оснастки [4].
ХТО корректирует химический состав поверхностного слоя металла, что в совокупности с термическим воздействием придаёт поверхности детали высокие прочность, твёрдость и износостойкость [3]. Упрочнение поверхности играет особую роль для деталей, работающих на усталость. Детали в работе могут подвергаться растяжению, сжатию, изгибу. Напряжения от растяжения - сжатия равномерно распределяются по сечению детали. Напряжение изгиба достигает максимального значения у поверхности, поэтому разрушения от усталости появляются преимущественно на поверхности в местах максимальной концентрации напряжений: впадины, острые углы. Таким образом, упрочнение поверхности увеличивает сопротивление усталости, то есть продлевает срок службы детали.
При ХТО удельный объём поверхностных слоёв увеличивается, а т. к. нижележащие слои этому препятствуют, то в поверхностном слое возникают остаточные сжимающие напряжения. Такие напряжения оказывают положительное влияние, т. к. они снижают величину растягивающих напряжений от внешней нагрузки, воспринимаемой деталью.
Копейский машиностроительный завод относится к многопрофильным предприятиям, специализирующимся на проектировании и производстве горно- проходческого оборудования для угледобывающей и соледобывающей промышленности [5]. Производимая предприятием техника является особо сложной, состоящей из тяжело нагруженных деталей и узлов, способных работать в агрессивных средах с повышенной запыленностью.
Заводом сконструирован проходческий комбайн тяжелого типа КП200, необходимый для механизации отбойки и погрузки горной массы при проведении горизонтальных и наклонных (до ±12°) горных выработок, в состав раздаточной коробки которого входит вал-шестерня из стали 12ХН3А. Эта сталь способна воспринимать контактные нагрузки, выдерживать нагрузки кручения и изгиба, обладает хорошей износостойкостью [6]. Для придания стали таких характеристик проводится цементация.
Термическое производство завода обеспечено множеством видов термообработки: объемная закалка, улучшение, цементация, азотирование, закалка ТВЧ и др., которые осуществляются в шахтных печах Ц-105 и Ц-135, камерных закалочных и отпускных печах, установках ТВЧ, соляных печах-ваннах, эндогазовых установках и др. [7].


Купить

Темой ВКР является «Химико-термическая обработка деталей горно-проходческих комбайнов».
В первой главе приведена характеристика стали 12ХН3А, ее химический состав и механические свойства, ее применение и условия эксплуатации изделий из нее. Изучено влияние углерода, легирующих элементов и примесей на свойства стали.
Вторая глава посвящена технологическому процессу выплавки стали 12ХН3А в электродуговой печи ДСП-100 И7, даны основные элементы конструкции, применяемые шихтовые материалы и способ их завалки с печь, описаны процессы плавления шихты, окислительный и восстановительный периоды плавки и выпуск стали.
В третьей главе рассмотрен процесс обработки металлов давлением - прокатка и основные части прокатного стана для получения проката, из которого будет изготовлен вал-шестерня.
Четвертая глава описывает выбор и обоснование режимов химико-термической обработки вала-шестерни для придания ему требуемых свойств. Для насыщения поверхностных слоев изделия углеродом проводится газовая цементация, которая заключается в нагреве вала до температуры 920-930 °С, выдержке в среде эндогаза в течение 6-14 ч. Глубина цементированного слоя вала-шестерни из стали достигает 1,5 мм. Для измельчения зерна вал подвергается последующей двойной закалке в масле и низкотемпературному отпуску для снятия остаточных напряжений. Отдельно рассматривается микроструктура цементованного слоя и сердцевины после закалки и низкого отпуска, а также методы определения глубины упрочненного слоя и контрольные операции для оценки качества выполненной термической обработки, виды брака, способы его предотвращения и исправления.
В пятой главе представлено выбор и обоснование термических печей для проведения цементации и закалки с низким отпуском. Для проведения цементации вала-шестерни редуктора выбрана шахтная муфельная электрическая печь Ц-105А. Эта печь незаменима при цементации длинномерных изделий типа вала при небольших производительностях обрабатываемых изделий. Для закалки вала- шестерни выбрана камерная электрическая печь СНЗ - 10.15.10/10. Эта печь отличается компактностью, хорошей производительностью, небольшим расходом электроэнергии и большим сроком службы металлических нагревателей. Главным достоинством этой печи является защитная атмосфера для предотвращения окисления нагреваемых материалов в процессе термической обработки.
К вспомогательному оборудованию термического участка относятся моечно-сушильная машина для очистки детали от солей, масла и грязи после термообработки, установка для получения эндотермических атмосфер ЭН-125-ОМ2, механизм загрузки и разгрузки для осуществления загрузочно-разгрузочных и транспортных операций с садками, различное транспортное оборудование.
Шестая глава является расчетной частью проекта, в которой проведен тепловой расчет цементационной печи с определением времени нагрева садки, потерь тепла на нагрев металла, вследствие теплопроводности кладки печи, излучением через загрузочное окно, вследствие замыканий, КПД печи, который составляет 55 %. Также проведен расчет нагревателей печи сопротивления с определением его характеристик: мощности, диаметра и длины проволоки, температуры нагревателя.
В седьмой главе рассмотрен вопрос защиты окружающей среды и безопасности труда в цехах металлургического производства. Выявлены источники загрязнения атмосферного воздуха, водного бассейна и земельных угодий. Перечислены мероприятия, которые внедряются повсеместно для снижения экологической нагрузки. При выполнении работ на термическом участке возможно воздействие опасных и вредных производственных факторов, влияющих на здоровье работающих, которое необходимо снизить или исключить принятием защитных мер на всех технологических операциях.

Купить