Помощь студентам в учебе
Химико-термическая обработка тяжелогруженых деталей автомобили КАМАЗ
|
Введение 7
1. Анализ технологий цементации и нитроцементации 11
1.1 Основные понятия процесса цементации 11
1.1.1. Цементуемые стали 12
1.1.2. Способы защиты поверхностей детали от цементации 13
1.1.3. Цементация в газовом карбюризаторе 14
1.1.4. Термическая обработка цементованных деталей 20
1.1.5. Структура и свойства цементованной стали 23
1.1.6. Дефекты цементации и меры по их предупреждению 25
1.1.7. Контроль качества цементованных деталей 29
1.1.8 Пример технологии цементации шестерни 32
1.2. Основные понятия процесса нитроцементации 33
1.2.1. Нитроцементуемые стали 34
1.2.2. Технология нитроцементации (газовая) 34
1.2.3. Структура и свойства нитроцементованной стали 37
1.2.4 Дефекты нитроцементации и меры по их предупреждению 38
1.2.5. Контроль качества нитроцементованных деталей 39
1.2.6. Пример технологии нитроцементации шестерни 41
2. Оборудование для химико-термической обработки деталей 43
2.1 Основное оборудование термического цехам 43
2.1.1 Назначение и область применения 3-х рядного агрегата ф.
«Холкрофт» 45
2.2 Вспомогательное оборудование. Эндогенератор фирмы "Ло-Дью" 47
2.4 Установки и приборы для контроля качества 49
2.4.1 Установка для измерения твердости 49
2.4.2 Установка для измерения микротвердости 50
2.4.3 Установка для определения структуры (металлографический
микроскоп) 52
2.4.4 Установки для контроля химического состава 54
3. Базовая технология химико-термической обработки детали «Шестерня
ведомая цилиндрическая заднего моста» 56
3.1 Технология цементации детали 5320-2402120 «Шестерня ведомая
цилиндрическая заднего моста» 56
4. Разработка новой технологии для детали «Шестерня ведомая
цилиндрическая заднего моста» 65
4.1 Выбор упрочняющего вида химико-термической обработки 65
4.2 Выбор оборудования 66
4.3 Выбор схемы укладки деталей 68
4.4 Расчет режима химико-термической обработки (нитроцементации)
детали «Шестерня ведомая цилиндрическая заднего моста» 69
4.5 Сравнительный анализ технических характеристик и показателей
качества детали после цементации и нитроцементации 71
5. Экономическое обоснование новой технологии упрочнения детали
«Шестерня ведомая цилиндрическая заднего моста» 74
5.1 Расчет текущих затрат 75
5.1.1. Затраты на зарплату 75
5.1.2 Затраты на электрическую энергию 75
5.2. Расчет показателей экономической эффективности 76
Заключение 79
Список литературы 80
Приложение
1. Анализ технологий цементации и нитроцементации 11
1.1 Основные понятия процесса цементации 11
1.1.1. Цементуемые стали 12
1.1.2. Способы защиты поверхностей детали от цементации 13
1.1.3. Цементация в газовом карбюризаторе 14
1.1.4. Термическая обработка цементованных деталей 20
1.1.5. Структура и свойства цементованной стали 23
1.1.6. Дефекты цементации и меры по их предупреждению 25
1.1.7. Контроль качества цементованных деталей 29
1.1.8 Пример технологии цементации шестерни 32
1.2. Основные понятия процесса нитроцементации 33
1.2.1. Нитроцементуемые стали 34
1.2.2. Технология нитроцементации (газовая) 34
1.2.3. Структура и свойства нитроцементованной стали 37
1.2.4 Дефекты нитроцементации и меры по их предупреждению 38
1.2.5. Контроль качества нитроцементованных деталей 39
1.2.6. Пример технологии нитроцементации шестерни 41
2. Оборудование для химико-термической обработки деталей 43
2.1 Основное оборудование термического цехам 43
2.1.1 Назначение и область применения 3-х рядного агрегата ф.
«Холкрофт» 45
2.2 Вспомогательное оборудование. Эндогенератор фирмы "Ло-Дью" 47
2.4 Установки и приборы для контроля качества 49
2.4.1 Установка для измерения твердости 49
2.4.2 Установка для измерения микротвердости 50
2.4.3 Установка для определения структуры (металлографический
микроскоп) 52
2.4.4 Установки для контроля химического состава 54
3. Базовая технология химико-термической обработки детали «Шестерня
ведомая цилиндрическая заднего моста» 56
3.1 Технология цементации детали 5320-2402120 «Шестерня ведомая
цилиндрическая заднего моста» 56
4. Разработка новой технологии для детали «Шестерня ведомая
цилиндрическая заднего моста» 65
4.1 Выбор упрочняющего вида химико-термической обработки 65
4.2 Выбор оборудования 66
4.3 Выбор схемы укладки деталей 68
4.4 Расчет режима химико-термической обработки (нитроцементации)
детали «Шестерня ведомая цилиндрическая заднего моста» 69
4.5 Сравнительный анализ технических характеристик и показателей
качества детали после цементации и нитроцементации 71
5. Экономическое обоснование новой технологии упрочнения детали
«Шестерня ведомая цилиндрическая заднего моста» 74
5.1 Расчет текущих затрат 75
5.1.1. Затраты на зарплату 75
5.1.2 Затраты на электрическую энергию 75
5.2. Расчет показателей экономической эффективности 76
Заключение 79
Список литературы 80
Приложение
Качество обработки и срок службы изделий являются важнейшими показателями уровня развития предприятия. Поверхностное упрочнение деталей является одним из основных методов, который способствует повышению этих показателей.
Одними из важнейших задач машиностроения являются анализ и совершенствование существующих технологий поверхностного упрочнения, разработка новых методов обработки с применением современных конструкционных материалов и повышение качества обработки деталей машин.
Зубчатые колеса относятся к числу наиболее распространенных деталей современных машин. Они входят в конструкции двигателей внутреннего сгорания автомобилей, коробок передач и мостах.
В зависимости от условий выполняемой работы и назначения к зубчатым передачам предъявляются следующие требования:
а) высокая износостойкость рабочих поверхностей зубьев, достигаемая за счет применения высококачественных легированных сталей, термической и химико-термической обработки, механического упрочнения, отделки поверхности;
б) изгибная устойчивость зуба зависит от правильности подбора химико-термической обработки, т.к. поверхность зуба должна обладать достаточной прочностью, а сердцевина вязкостью.
в) бесшумность и плавность работы, точность передачи движений, достигаемые точностью изготовления профиля зубьев, их отделкой и устранением эксцентричности зубчатых венцов;
г) достаточный коэффициент полезного действия;
д) высокая усталостная прочность зубьев, достигаемая их тщательной обработкой, химико-термической обработкой, механическим упрочнением, отделкой.
Зубчатые колеса передач и редукторов в большинстве случаев изготовляют из сталей, подвергнутых термическому или химикотермическому упрочнению (цементации и нитроцементации). Способы упрочнения выбирают в зависимости от требуемой несущей способности зубчатых колес, марки стали, оборудования и трудоемкости изготовления. Чем выше требуемая несущая способность, тем более качественные и дорогие стали и сложное оборудование приходится применять.[1]
Для унификации марок сталей в производстве и для упрощения изготовления запасных частей марки стали рекомендуется выбирать из следующего сортамента:
цементация - 20ХН2М, 18ХГР, 12ХНЗА, 18Х2Н4ВА;
газовая нитроцементация - 25ХГМ, 20ХГНМТА, 18ХГР;
азотирование - 40Х, 40ХГТР, 40ХН2МА, 38ХМЮА, 38Х2МЮА.
Одной из актуальнейших проблем зубчатых передач является создание основ управления качеством зубчатых колес, обеспечение их надежности и
долговечности. Решение этой задачи основано на тщательном изучении и использовании взаимосвязи конструкторских и технологических факторов с эксплуатационными показателями зубчатых колес и передач. Особое внимание должно быть уделено управлению технологическими процессами изготовления зубчатых колес, обеспечению заданных показателей точности сопряжения и приданию рабочим поверхностям зубьев необходимых физико-механических свойств. Важно отметить, что вопросы формирования технологического процесса, а комплексно для всего технологического процесса в целом с учетом проявления технологической надежности на всех этапах производства и в эксплуатации зубчатых передач. Под технологической наследственностью следует понимать явление изменения эксплуатационных показателей зубчатых колес под влиянием технологии изготовления, когда отдельные характеристики и свойства обрабатываемой заготовки переходят от одной операции к другой, и конечные показатели качества зубчатого колеса оказываются наследственными от предыдущих операций.
К таким показателям качества относятся: структурная
наследственность, направление волокон в заготовке, микроструктура, внутренние напряжение, шероховатость поверхностей зубьев, дефекты зубошлифования - прижоги, микротрещины и др. Зубчатые колеса должны обладать достаточно высокой прочностью, поверхностью твердостью и износостойкостью, обеспечивающими надежную работу зубчатой передачи при наименьших ее габаритах и массе. Поэтому зубчатые колеса изготовляются преимущественно из углеродистых и легированных сталей с термической или химико-термической их обработкой. Материал заготовки предопределяет многие выходные параметры качества зубчатого колеса, которые остаются на всех операциях и переходят на готовую деталь. Поэтому при выборе материала для зубчатых колес ответственного назначение учитывают не только химически состав и механические свойства стали, но принимают еще во внимание прокаливаемость, наследственную величину зерна, селектирование по содержанию углерода, обрабатываемость режущими инструментами, склонность к деформации при термической обработке и другие металлургические факторы, связанные с проявлением технологической наследственности. Химический состав стали обуславливается ее твердость, прокаливаемость, размеры зерен, склонность к деформации при термической обработке, усталостную и контактную прочность. Ударная вязкость стали повышается при введении никеля, молибдена, ванадия, кремния и снижается при добавлении хрома и марганца. Легирование стали хромом и марганцем обеспечивает высокую твердость и прочность, титаном и цирконием - уменьшает склонность к росту зерна при перегреве. Молибден, бор и ванадий повышают прокаливаемость стали, кремний - прочность и упругость, никель и марганец - содержание остаточного аустенита в цементованном и нитроцементованном слое.[1]
Обрабатываемость стали зависит от ее химического состава и механических свойств. Чем она тверже, тем хуже обрабатывается. При введении большинства легирующих элементов обрабатываемость стали ухудшается, исключение составляет свинец. Стали с малым содержанием углерода имеют повышенную вязкость и поэтому хуже обрабатываются (вследствие значительной шероховатости поверхности). Кроме того, обращают внимание на особенности производства стали, так как в зависимости от способа производства при одном и том же химическом составе сталь обладает различными физико-механическими свойствами.
Направление волокон металла и текстура (преимущественная ориентировка зерен металла), формируемые во время изготовления заготовок, сильно влияют на изгибную и контактную прочность зубьев. Наиболее благоприятное расположение волокон по контуру зуба характерно для штампованных и накатанных зубьев. Наиболее благоприятное расположение волокон следует считать наилучшим, так как рабочие нагрузки изгибают волокно, а не открывают волокна одно от другого. Недопустимо расположение волокон, совпадающее с направлением наибольших касательных напряжений - под углом 40-45° с нормалью к профилю зуба. Во избежание анизотропии механических свойств зуба и неравномерных деформаций зубьев при термической обработке расположение волокон по обеим сторонам всех зубьев должно быть идентичным.
Чтобы достичь одинакового пятна контакта на партии зубчатых колес,подвергаемых термической или химико-термической обработке, необходимо на всех изготовляемых колесах соблюсти одинаковое расположение волокон. Важным условием получения качественных заготовок заданной конфигурации с надлежащим расположением волокон и одинаковой плотностью металла является правильное определение размеров исходной заготовки. Использование исходных заготовок меньших размеров - недомерок - приводят к низкой обрабатываемости режущими инструментами и неравномерной деформации зубчатых колес вследствие неодинакового обжатия металла и различной плотности. [3]
Заготовки зубчатых колес штампуются осадкой круглой болванки в торец. Во избежание изгиба болванки и неправильного расположения волокон отношение длины исходной заготовки к ее диаметру при штамповке в один прием должно находиться в пределах 2-2,5, но не более 3. Если отношение длины болванки к ее диаметру больше 3, высадка заготовки в один прием производится в штампе, диаметр которого в полтора раза больше диаметра исходной заготовки. Штамповки перед механической обработкой подвергают термической обработке для исправления структуры и придания стали хорошей обрабатываемости режущими инструментами. Технология термической обработки штампованных заготовок в каждом отдельном случае разрабатывается с учетом технических условий на подготовку структуры к механической обработке при установленных режимах резания и соответствующих геометрии и качестве режущего инструмента.
Обрабатываемый материал и его структура оказывают существенное влияние не только на производительность зубонарезания, расход дорогостоящих режущих инструментов и шероховатость обработанной поверхности, но и на интенсивность наклепа при механической обработке, вызывающего при окончательной термической обработке, вызывающего при окончательной термической обработке значительные деформации зубчатого венца.
Для производства качественной продукции на протяжение, всего производственного процесса, необходимо иметь современные технологические процессы и оборудование. Поэтому совершенствование технологии является актуальным процессом.
Целью этой квалификационной работы является совершенствование технологии упрочнения для тяжелонагруженных деталей автомобиля «КАМАЗ» на примере детали «Шестерня ведомая цилиндрическая заднего моста», изготовленной из материала Сталь 18ХГР ТУ 14-1-5561-2008, массой 14,78 кг.
Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) Выполнить анализ технологий цементации и нитроцементации.
2) Рассмотреть основное и вспомогательное оборудование для химико-термической обработки и установки для контроля качества деталей.
3) Изучить базовую технологию обработки детали «Шестерня ведомая цилиндрическая заднего моста».
4) Разработать новую упрочняющую технологию для детали «Шестерня ведомая цилиндрическая заднего моста».
5) Провести сравнительный анализ технических характеристик и качества деталей после операций цементация и нитроцементация.
6) Рассчитать экономическое обоснование нового технологического процесса.
Одними из важнейших задач машиностроения являются анализ и совершенствование существующих технологий поверхностного упрочнения, разработка новых методов обработки с применением современных конструкционных материалов и повышение качества обработки деталей машин.
Зубчатые колеса относятся к числу наиболее распространенных деталей современных машин. Они входят в конструкции двигателей внутреннего сгорания автомобилей, коробок передач и мостах.
В зависимости от условий выполняемой работы и назначения к зубчатым передачам предъявляются следующие требования:
а) высокая износостойкость рабочих поверхностей зубьев, достигаемая за счет применения высококачественных легированных сталей, термической и химико-термической обработки, механического упрочнения, отделки поверхности;
б) изгибная устойчивость зуба зависит от правильности подбора химико-термической обработки, т.к. поверхность зуба должна обладать достаточной прочностью, а сердцевина вязкостью.
в) бесшумность и плавность работы, точность передачи движений, достигаемые точностью изготовления профиля зубьев, их отделкой и устранением эксцентричности зубчатых венцов;
г) достаточный коэффициент полезного действия;
д) высокая усталостная прочность зубьев, достигаемая их тщательной обработкой, химико-термической обработкой, механическим упрочнением, отделкой.
Зубчатые колеса передач и редукторов в большинстве случаев изготовляют из сталей, подвергнутых термическому или химикотермическому упрочнению (цементации и нитроцементации). Способы упрочнения выбирают в зависимости от требуемой несущей способности зубчатых колес, марки стали, оборудования и трудоемкости изготовления. Чем выше требуемая несущая способность, тем более качественные и дорогие стали и сложное оборудование приходится применять.[1]
Для унификации марок сталей в производстве и для упрощения изготовления запасных частей марки стали рекомендуется выбирать из следующего сортамента:
цементация - 20ХН2М, 18ХГР, 12ХНЗА, 18Х2Н4ВА;
газовая нитроцементация - 25ХГМ, 20ХГНМТА, 18ХГР;
азотирование - 40Х, 40ХГТР, 40ХН2МА, 38ХМЮА, 38Х2МЮА.
Одной из актуальнейших проблем зубчатых передач является создание основ управления качеством зубчатых колес, обеспечение их надежности и
долговечности. Решение этой задачи основано на тщательном изучении и использовании взаимосвязи конструкторских и технологических факторов с эксплуатационными показателями зубчатых колес и передач. Особое внимание должно быть уделено управлению технологическими процессами изготовления зубчатых колес, обеспечению заданных показателей точности сопряжения и приданию рабочим поверхностям зубьев необходимых физико-механических свойств. Важно отметить, что вопросы формирования технологического процесса, а комплексно для всего технологического процесса в целом с учетом проявления технологической надежности на всех этапах производства и в эксплуатации зубчатых передач. Под технологической наследственностью следует понимать явление изменения эксплуатационных показателей зубчатых колес под влиянием технологии изготовления, когда отдельные характеристики и свойства обрабатываемой заготовки переходят от одной операции к другой, и конечные показатели качества зубчатого колеса оказываются наследственными от предыдущих операций.
К таким показателям качества относятся: структурная
наследственность, направление волокон в заготовке, микроструктура, внутренние напряжение, шероховатость поверхностей зубьев, дефекты зубошлифования - прижоги, микротрещины и др. Зубчатые колеса должны обладать достаточно высокой прочностью, поверхностью твердостью и износостойкостью, обеспечивающими надежную работу зубчатой передачи при наименьших ее габаритах и массе. Поэтому зубчатые колеса изготовляются преимущественно из углеродистых и легированных сталей с термической или химико-термической их обработкой. Материал заготовки предопределяет многие выходные параметры качества зубчатого колеса, которые остаются на всех операциях и переходят на готовую деталь. Поэтому при выборе материала для зубчатых колес ответственного назначение учитывают не только химически состав и механические свойства стали, но принимают еще во внимание прокаливаемость, наследственную величину зерна, селектирование по содержанию углерода, обрабатываемость режущими инструментами, склонность к деформации при термической обработке и другие металлургические факторы, связанные с проявлением технологической наследственности. Химический состав стали обуславливается ее твердость, прокаливаемость, размеры зерен, склонность к деформации при термической обработке, усталостную и контактную прочность. Ударная вязкость стали повышается при введении никеля, молибдена, ванадия, кремния и снижается при добавлении хрома и марганца. Легирование стали хромом и марганцем обеспечивает высокую твердость и прочность, титаном и цирконием - уменьшает склонность к росту зерна при перегреве. Молибден, бор и ванадий повышают прокаливаемость стали, кремний - прочность и упругость, никель и марганец - содержание остаточного аустенита в цементованном и нитроцементованном слое.[1]
Обрабатываемость стали зависит от ее химического состава и механических свойств. Чем она тверже, тем хуже обрабатывается. При введении большинства легирующих элементов обрабатываемость стали ухудшается, исключение составляет свинец. Стали с малым содержанием углерода имеют повышенную вязкость и поэтому хуже обрабатываются (вследствие значительной шероховатости поверхности). Кроме того, обращают внимание на особенности производства стали, так как в зависимости от способа производства при одном и том же химическом составе сталь обладает различными физико-механическими свойствами.
Направление волокон металла и текстура (преимущественная ориентировка зерен металла), формируемые во время изготовления заготовок, сильно влияют на изгибную и контактную прочность зубьев. Наиболее благоприятное расположение волокон по контуру зуба характерно для штампованных и накатанных зубьев. Наиболее благоприятное расположение волокон следует считать наилучшим, так как рабочие нагрузки изгибают волокно, а не открывают волокна одно от другого. Недопустимо расположение волокон, совпадающее с направлением наибольших касательных напряжений - под углом 40-45° с нормалью к профилю зуба. Во избежание анизотропии механических свойств зуба и неравномерных деформаций зубьев при термической обработке расположение волокон по обеим сторонам всех зубьев должно быть идентичным.
Чтобы достичь одинакового пятна контакта на партии зубчатых колес,подвергаемых термической или химико-термической обработке, необходимо на всех изготовляемых колесах соблюсти одинаковое расположение волокон. Важным условием получения качественных заготовок заданной конфигурации с надлежащим расположением волокон и одинаковой плотностью металла является правильное определение размеров исходной заготовки. Использование исходных заготовок меньших размеров - недомерок - приводят к низкой обрабатываемости режущими инструментами и неравномерной деформации зубчатых колес вследствие неодинакового обжатия металла и различной плотности. [3]
Заготовки зубчатых колес штампуются осадкой круглой болванки в торец. Во избежание изгиба болванки и неправильного расположения волокон отношение длины исходной заготовки к ее диаметру при штамповке в один прием должно находиться в пределах 2-2,5, но не более 3. Если отношение длины болванки к ее диаметру больше 3, высадка заготовки в один прием производится в штампе, диаметр которого в полтора раза больше диаметра исходной заготовки. Штамповки перед механической обработкой подвергают термической обработке для исправления структуры и придания стали хорошей обрабатываемости режущими инструментами. Технология термической обработки штампованных заготовок в каждом отдельном случае разрабатывается с учетом технических условий на подготовку структуры к механической обработке при установленных режимах резания и соответствующих геометрии и качестве режущего инструмента.
Обрабатываемый материал и его структура оказывают существенное влияние не только на производительность зубонарезания, расход дорогостоящих режущих инструментов и шероховатость обработанной поверхности, но и на интенсивность наклепа при механической обработке, вызывающего при окончательной термической обработке, вызывающего при окончательной термической обработке значительные деформации зубчатого венца.
Для производства качественной продукции на протяжение, всего производственного процесса, необходимо иметь современные технологические процессы и оборудование. Поэтому совершенствование технологии является актуальным процессом.
Целью этой квалификационной работы является совершенствование технологии упрочнения для тяжелонагруженных деталей автомобиля «КАМАЗ» на примере детали «Шестерня ведомая цилиндрическая заднего моста», изготовленной из материала Сталь 18ХГР ТУ 14-1-5561-2008, массой 14,78 кг.
Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) Выполнить анализ технологий цементации и нитроцементации.
2) Рассмотреть основное и вспомогательное оборудование для химико-термической обработки и установки для контроля качества деталей.
3) Изучить базовую технологию обработки детали «Шестерня ведомая цилиндрическая заднего моста».
4) Разработать новую упрочняющую технологию для детали «Шестерня ведомая цилиндрическая заднего моста».
5) Провести сравнительный анализ технических характеристик и качества деталей после операций цементация и нитроцементация.
6) Рассчитать экономическое обоснование нового технологического процесса.
1. Выполнен анализ качества деталей, упрочняемых методом цементации и нитроцементации.
2. Установлено, что нитроцементованные детали имеют преимущества перед цементацией по следующим показателям:
- геометрическая точность;
- микроструктурное упрочнение.
3. Применена новая схема укладки деталей на поддоне, позволяющая увеличить загрузку деталей с 12 до 18 штук.
4. Исследовано качество деталей и пятно контакта между зубьями в
зацеплении после химико-термической обработки с насыщением
поверхности углеродом (цементация).
5. Исследовано качество деталей и пятно контакта между зубьями в
зацеплении после химико-термической обработки с насыщением
поверхности углеродом и азотом (нитроцементация).
6. Показано преимущество разработанной, технологии
нитроцементации для детали «Шестерня ведомая цилиндрическая заднего моста», перед технологией цементации, в условиях производства ТГП завода Двигателей.
7. Разработанная технология упрочнения, внедрена в термогальваническом производстве завода Двигателей и дает существенный экономический эффект.
2. Установлено, что нитроцементованные детали имеют преимущества перед цементацией по следующим показателям:
- геометрическая точность;
- микроструктурное упрочнение.
3. Применена новая схема укладки деталей на поддоне, позволяющая увеличить загрузку деталей с 12 до 18 штук.
4. Исследовано качество деталей и пятно контакта между зубьями в
зацеплении после химико-термической обработки с насыщением
поверхности углеродом (цементация).
5. Исследовано качество деталей и пятно контакта между зубьями в
зацеплении после химико-термической обработки с насыщением
поверхности углеродом и азотом (нитроцементация).
6. Показано преимущество разработанной, технологии
нитроцементации для детали «Шестерня ведомая цилиндрическая заднего моста», перед технологией цементации, в условиях производства ТГП завода Двигателей.
7. Разработанная технология упрочнения, внедрена в термогальваническом производстве завода Двигателей и дает существенный экономический эффект.