Выбор материала и разработка термообработки коньков бобслейных саней (полозьев скелетона)
|
Введение
1 Скелетон. Общие сведения 8
1.1 Историческая справка 9
1.2 Требования, предъявляемые к состоянию стартовой колеи, материалам
и снаряжению 10
1.3 Технические проверки 11
1.4 Диаметр коньков 12
1.5 Измерение температуры коньков 12
1.6 Контрольный полоз 12
1.7 Конструкция 13
1.8 Размеры 13
1.9 Коньки 14
2 Методы исследований 17
2.1. Экспериментальное оборудование и инструменты 17
2.1.1 Оборудование для научных исследований 17
2.1.2 Технологическое оборудование 27
2.1.3 Инструмент и приспособления 39
2.2 Термообработка 47
3 Экспериментальные исследования 52
3.1 Элементный состав материала полозьев 52
3.2 Рентгенофазовый анализ материала полоза 55
3.3 Микротвердость и шероховатость 57
3.4 Определение марки стали полоза 58
4 Технология изготовления 63
4.1 Гибка полоза 63
4.2 Термообработка 65
4.3 Сварка крепежных блоков 65
4.4 Фрезеровка полоза и крепежных блоков 69
5 Экономическая часть: расчет стоимости полозьев скелетона 70
Расчет производился следующим образом: 71
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 72
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 74
1 Скелетон. Общие сведения 8
1.1 Историческая справка 9
1.2 Требования, предъявляемые к состоянию стартовой колеи, материалам
и снаряжению 10
1.3 Технические проверки 11
1.4 Диаметр коньков 12
1.5 Измерение температуры коньков 12
1.6 Контрольный полоз 12
1.7 Конструкция 13
1.8 Размеры 13
1.9 Коньки 14
2 Методы исследований 17
2.1. Экспериментальное оборудование и инструменты 17
2.1.1 Оборудование для научных исследований 17
2.1.2 Технологическое оборудование 27
2.1.3 Инструмент и приспособления 39
2.2 Термообработка 47
3 Экспериментальные исследования 52
3.1 Элементный состав материала полозьев 52
3.2 Рентгенофазовый анализ материала полоза 55
3.3 Микротвердость и шероховатость 57
3.4 Определение марки стали полоза 58
4 Технология изготовления 63
4.1 Гибка полоза 63
4.2 Термообработка 65
4.3 Сварка крепежных блоков 65
4.4 Фрезеровка полоза и крепежных блоков 69
5 Экономическая часть: расчет стоимости полозьев скелетона 70
Расчет производился следующим образом: 71
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 72
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 74
В России значительная часть работ и спортивных мероприятий проходит в зимний период при низких температурах. При проведении спортивных мероприятий в зимний период важным становится каждый фактор, влияющий на результат. Кроме мастерства спортсменов и состояния трассы важнейшим фактором успеха является состояние спортивного инвентаря. К нему предъявляются все новые и новые требования. Наша промышленность не успевает за развитием спортивной индустрии развитых стран. По этой причине Россия вынуждена покупать спортивный инвентарь за рубежом. Однако фирмы, производящие спортивный инвентарь, нам продают не лучшие образцы. Они уходят к спортсменам своих стран. Нам же достаётся добротный инвентарь, который отличается в худшую сторону от спортивного инвентаря членов сборных команд производителей этого инвентаря. В итоге нашим спортсменам становится все сложнее занимать призовые места на международных соревнованиях.
Скелетон сравнительно молодой вид спорта и все ведущие фирмы, производящие полозья для скелетона и коньки бобслейных саней, не разглашают технологических сведений по их производству. В связи с чем возникла необходимость разработки технологии изготовления полозьев скелетона на отечественных производствах для тренировочных целей.
Проблема исследования лежит на стыке триботехники, материаловедения, обработки металлов давлением, технологии машиностроения и заключается в выборе материала, разработке технологического процесса изготовления полозьев для тренировочных целей.
Объектом исследования являются полозья скелетона. Предметом - проведение комплекса экспериментальных исследований для определения химического состава, определения структуры, микротвердости, шероховатости, назначение термообработки.
Актуальность работы заключается в импортозамещении: поиск замены импортных полозьев скелетона на отечественные аналоги для тренировочных целей.
Теоретическая значимость:
- определение оптимального выбора материалов;
- разработка технологии изготовления полозьев скелетона;
- выбран режим термообработки;
- результаты исследования позволят расширить и углубить представление о производстве полозьев скелетона.
Практическая значимость:
- импортозамещение;
- представленный в работе материал может быть полезен в дальнейшем изучении данной темы.
Цель работы - выбор материала на основе проведения комплекса исследований, разработка технологического процесса изготовления полозьев, включая термообработку.
Задачи:
- определение физико-механических свойств материала полозьев;
- выбор материала для изготовления полозьев;
- комплексное исследование: электронно-микроскопическое,рентгенофазовый анализ, определение твердости;
- выбор способа термообработки для получения необходимых физико-механических и эксплуатационных свойств полозьев;
- разработка технологий изготовления полозьев скелетона;
- конструирование штамповой оснастки для двухсторонней гибки полозьев скелетона.
Научные методы, использованные в данной магистерской диссертации: электронно-оптический анализ, рентгенофазовый анализ, измерение физико-механических свойств, сравнение, описание, наблюдение.
Скелетон сравнительно молодой вид спорта и все ведущие фирмы, производящие полозья для скелетона и коньки бобслейных саней, не разглашают технологических сведений по их производству. В связи с чем возникла необходимость разработки технологии изготовления полозьев скелетона на отечественных производствах для тренировочных целей.
Проблема исследования лежит на стыке триботехники, материаловедения, обработки металлов давлением, технологии машиностроения и заключается в выборе материала, разработке технологического процесса изготовления полозьев для тренировочных целей.
Объектом исследования являются полозья скелетона. Предметом - проведение комплекса экспериментальных исследований для определения химического состава, определения структуры, микротвердости, шероховатости, назначение термообработки.
Актуальность работы заключается в импортозамещении: поиск замены импортных полозьев скелетона на отечественные аналоги для тренировочных целей.
Теоретическая значимость:
- определение оптимального выбора материалов;
- разработка технологии изготовления полозьев скелетона;
- выбран режим термообработки;
- результаты исследования позволят расширить и углубить представление о производстве полозьев скелетона.
Практическая значимость:
- импортозамещение;
- представленный в работе материал может быть полезен в дальнейшем изучении данной темы.
Цель работы - выбор материала на основе проведения комплекса исследований, разработка технологического процесса изготовления полозьев, включая термообработку.
Задачи:
- определение физико-механических свойств материала полозьев;
- выбор материала для изготовления полозьев;
- комплексное исследование: электронно-микроскопическое,рентгенофазовый анализ, определение твердости;
- выбор способа термообработки для получения необходимых физико-механических и эксплуатационных свойств полозьев;
- разработка технологий изготовления полозьев скелетона;
- конструирование штамповой оснастки для двухсторонней гибки полозьев скелетона.
Научные методы, использованные в данной магистерской диссертации: электронно-оптический анализ, рентгенофазовый анализ, измерение физико-механических свойств, сравнение, описание, наблюдение.
• В ходе работы были изучены основные требования, предъявляемые для скелетона;
• Проведен комплекс исследований для определения элементного состава материала полоза скелетона, проведено исследование рентгенофазового анализа материала, определение микротвердости;
• Разработана технология изготовления полоза скелетона;
• Выбран способ термообработки;
• Выбрано оборудование для производства полозьев скелетона: Гибочный пресс, вертикально-фрезерный станок и сварочное оборудование;
• Спроектирован инструмент и технологическая оснастка, штамп для гибки полоза, кондуктор для приваривания крепежных блоков к полозу.
В связи с целью работы, заключающейся в выборе материала на основе проведения комплекса исследований, разработке технологического процесса изготовления полозьев и способа термообработки полозьев скелетона, был определен химический состав полоза. Для определения элементного состава материала полоза скелетона использовали растровый электронный микроскоп марки JSM-7001F. Анализ показал, что в составе конька содержится Fe, C, Cr, Ni, Mo, Si, Mn.
Также проведен рентгенофазовый анализа, на дифрактометре D8 Advance в результате которого была выведена аустенитная фаза: Fe Cr 0.29 Ni 0.16
Для точного определения марки стали, использующейся для создания полозьев скелетона, было выполнено определение микротвердости, метод Роквелла показал данные HRC = 24-26, по Бринеллю HB составило 241¬255.
После выполнения данных операций был сделан вывод, что марка стали полоза является ГОСТ 5632-72, что соответствует марки стали 03Х17Н14М2.
Технология по изготовлению полоза скелетона состояла из операций: гибка полоза, сварка крепежных, фрезерование полоза, полировка.
Для гибки полоза был спроектирован пуансон и матрица. При помощи гидравлического пресс П6330 сгибаем заготовку и придаем форму полоза.
После операции гибки необходимо выполнить термическую обработку. Были изучены режимы термообработки. Для снятия внутреннего напряжения используют термическую обработку в которой полоз нагреваю в камерной печи при температуре 1100 - 1120 С° в течении 16 - 18 минут с последующим охлаждением на воздухе.
Было проведено исследование сварных швов, на которые приварены крепежные блоки. По сварному шву было определено, что используется аргонодуговая сварка. Для сварки полоза был разработан кондуктор для сварки.
Для фрезерования полоза использовали вертикально-фрезерный станок с ЧПУ 6Р13Ф3. Для сваривания полоза использовали сварочный аппарат УДГУ - 251.
Определена средняя шероховатость полоза, она составила 9 нм.
В экономической части был произведен расчет затрат на материал, на изготовление матрицы и пуансона, кондуктора для сварки и прочие услуги. Конечная стоимость полозьев скелетона после расчета приблизительно составила 15700 рублей, что в сравнении с ценой зарубежного производителя в 5 раз меньше.
Таким образом, отечественный производитель тоже может изготавливать полозья скелетона для тренировочных целей, которые по качественным характеристикам не будут отличаться от иностранных. Коньки изготовлены из той же стали и не уступают по химическим, физическим и механическим свойствам зарубежным оригиналам, но цена их гораздо ниже.
• Проведен комплекс исследований для определения элементного состава материала полоза скелетона, проведено исследование рентгенофазового анализа материала, определение микротвердости;
• Разработана технология изготовления полоза скелетона;
• Выбран способ термообработки;
• Выбрано оборудование для производства полозьев скелетона: Гибочный пресс, вертикально-фрезерный станок и сварочное оборудование;
• Спроектирован инструмент и технологическая оснастка, штамп для гибки полоза, кондуктор для приваривания крепежных блоков к полозу.
В связи с целью работы, заключающейся в выборе материала на основе проведения комплекса исследований, разработке технологического процесса изготовления полозьев и способа термообработки полозьев скелетона, был определен химический состав полоза. Для определения элементного состава материала полоза скелетона использовали растровый электронный микроскоп марки JSM-7001F. Анализ показал, что в составе конька содержится Fe, C, Cr, Ni, Mo, Si, Mn.
Также проведен рентгенофазовый анализа, на дифрактометре D8 Advance в результате которого была выведена аустенитная фаза: Fe Cr 0.29 Ni 0.16
Для точного определения марки стали, использующейся для создания полозьев скелетона, было выполнено определение микротвердости, метод Роквелла показал данные HRC = 24-26, по Бринеллю HB составило 241¬255.
После выполнения данных операций был сделан вывод, что марка стали полоза является ГОСТ 5632-72, что соответствует марки стали 03Х17Н14М2.
Технология по изготовлению полоза скелетона состояла из операций: гибка полоза, сварка крепежных, фрезерование полоза, полировка.
Для гибки полоза был спроектирован пуансон и матрица. При помощи гидравлического пресс П6330 сгибаем заготовку и придаем форму полоза.
После операции гибки необходимо выполнить термическую обработку. Были изучены режимы термообработки. Для снятия внутреннего напряжения используют термическую обработку в которой полоз нагреваю в камерной печи при температуре 1100 - 1120 С° в течении 16 - 18 минут с последующим охлаждением на воздухе.
Было проведено исследование сварных швов, на которые приварены крепежные блоки. По сварному шву было определено, что используется аргонодуговая сварка. Для сварки полоза был разработан кондуктор для сварки.
Для фрезерования полоза использовали вертикально-фрезерный станок с ЧПУ 6Р13Ф3. Для сваривания полоза использовали сварочный аппарат УДГУ - 251.
Определена средняя шероховатость полоза, она составила 9 нм.
В экономической части был произведен расчет затрат на материал, на изготовление матрицы и пуансона, кондуктора для сварки и прочие услуги. Конечная стоимость полозьев скелетона после расчета приблизительно составила 15700 рублей, что в сравнении с ценой зарубежного производителя в 5 раз меньше.
Таким образом, отечественный производитель тоже может изготавливать полозья скелетона для тренировочных целей, которые по качественным характеристикам не будут отличаться от иностранных. Коньки изготовлены из той же стали и не уступают по химическим, физическим и механическим свойствам зарубежным оригиналам, но цена их гораздо ниже.