Совершенствование технологии цементации зубчатых колес из легированных сталей
|
Введение 7
1 Анализ существующих методов изготовления и упрочнения
зубчатых колес 10
1.1 Требования, предъявляемые к зубчатым колесам 10
1.2 Материалы, применяемые для изготовления зубчатых колес .... 11
1.3 Технология изготовления зубчатых колес из сталей 15
1.4 Способы упрочняющей обработки зубчатых колес 17
1.4.1 Назначение и виды технологии цементация 21
1.4.2 Термическая обработка стали после цементации и свойства
цементованных деталей 32
1.5 Методы исследования сталей после химико-термической
обработки 34
1.6 Патентный поиск 43
2 Материалы и методы исследования 47
2.1 Характеристика стали 18ХГР 47
2.2 Методы исследования цементуемых сталей 49
2.3 Подготовка образцов к микроанализу 57
2.4 Исследование статистических характеристик случайной
величины результатов измерений 60
3 Мероприятия по усовершенствованию технологического процесса
цементации 63
3.2 Технология проведения процесса цементации на предприятии
ПАО КАМАЗ 64
3.3 Оборудования для проведения химико-термической обработки
зубчатых колес на предприятии ПАО КАМАЗ 66
3.4 Усовершенствование технологии цементации сателлита
дифференциала заднего моста из стали 18ХГР 70
4 Экспериментальная часть 73
4.1 Исследование химического состава стали 18ХГР 73
4.2 Исследование микроструктуры стали 18ХГР 74
4.3 Исследование твердости стали 18ХГР 90
5 Технологическая часть 96
5.1 Определение основных технологических параметров цементации
для усовершенствованного процесса 96
5.2 Определение типа производства 96
5.3 Расчет режимов проведения химико-термической обработки для
усовершенствованного процесса 97
5.4 Маршрутно-операционная технология 99
5.5 Технологический процесс химико-термической обработки 100
5.6 Проектирование участка 101
6 Экономический раздел 105
7 Мероприятия технической безопасности при цементации 109
Заключение 116
Список использованных источников 118
Приложение 121
1 Анализ существующих методов изготовления и упрочнения
зубчатых колес 10
1.1 Требования, предъявляемые к зубчатым колесам 10
1.2 Материалы, применяемые для изготовления зубчатых колес .... 11
1.3 Технология изготовления зубчатых колес из сталей 15
1.4 Способы упрочняющей обработки зубчатых колес 17
1.4.1 Назначение и виды технологии цементация 21
1.4.2 Термическая обработка стали после цементации и свойства
цементованных деталей 32
1.5 Методы исследования сталей после химико-термической
обработки 34
1.6 Патентный поиск 43
2 Материалы и методы исследования 47
2.1 Характеристика стали 18ХГР 47
2.2 Методы исследования цементуемых сталей 49
2.3 Подготовка образцов к микроанализу 57
2.4 Исследование статистических характеристик случайной
величины результатов измерений 60
3 Мероприятия по усовершенствованию технологического процесса
цементации 63
3.2 Технология проведения процесса цементации на предприятии
ПАО КАМАЗ 64
3.3 Оборудования для проведения химико-термической обработки
зубчатых колес на предприятии ПАО КАМАЗ 66
3.4 Усовершенствование технологии цементации сателлита
дифференциала заднего моста из стали 18ХГР 70
4 Экспериментальная часть 73
4.1 Исследование химического состава стали 18ХГР 73
4.2 Исследование микроструктуры стали 18ХГР 74
4.3 Исследование твердости стали 18ХГР 90
5 Технологическая часть 96
5.1 Определение основных технологических параметров цементации
для усовершенствованного процесса 96
5.2 Определение типа производства 96
5.3 Расчет режимов проведения химико-термической обработки для
усовершенствованного процесса 97
5.4 Маршрутно-операционная технология 99
5.5 Технологический процесс химико-термической обработки 100
5.6 Проектирование участка 101
6 Экономический раздел 105
7 Мероприятия технической безопасности при цементации 109
Заключение 116
Список использованных источников 118
Приложение 121
В настоящее время на современных предприятиях машиностроения широко применяют зубчатые колеса. Требования, предъявляемые к ним, определяются, в первую очередь, условиями их эксплуатации. Зубчатые колеса должны иметь высокие показатели статической прочности и сопротивления усталости, контактной выносливости, износостойкости, которые достигаются путем термической и химико-термической обработки [1].
Наиболее широкое применение при производстве зубчатых колес получили азотирование, цементация и нитроцементация. В настоящее время на предприятиях в России и за рубежом чаще применяют упрочнение путем цементации, так как:
- обеспечиваются высокие значения при необходимом сочетании усталостной и контактной выносливости, статической прочности при изгибе, износостойкости, вязкости и надежности при случайных пиковых нагрузках;
- возможно применение сравнительно недорогих сталей, обладающих удовлетворительной обрабатываемостью при резании и обработке давлением, технологичных при термической и химико-термической обработках, использование дешевых, недефицитных и технологичных насыщающих сред, содержащих углерод [2].
Самым распространенным методом диффузионного насыщения углеродом является газовая цементация. Применяют так же твердую цементацию, цементацию с использованием жидких органических соединений и природного газа. В последнее время усиленно ведутся работы по исследованию и созданию технологических процессов высокотемпературной газовой, ваакумной и ионной цементации [2].
Однако, химико-термическая обработка является довольно трудоемким и обладает высокой энергоемкостью ( высокое потребление природного
газа и электроэнергии). Поэтому разработка новых и совершенствование уже существующих процессов химико-термической обработки является актуальной задачей.
Объектом данной выпускной квалификационной работы является
сталь18ХГР.
Предметом исследования является сателлит дифференциала заднего моста автомобиля КАМАЗ.
Целью данной выпускной квалификационной работы является изучение технологических процессов химико-термической обработки зубчатых колес и выявление возможности совершенствования технологического процесса цементации сателлита дифференциала заднего моста автомобиля КАМАЗ из стали 18ХГР с целью сокращения длительности технологического процесса и повышения производительности.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) Провести анализ существующих методов изготовления и
упрочнения зубчатых колес;
2) Изучить материалы и методы исследования;
3) Изучить технологический процесс цементации детали - зубчатое колесо;
4) Разработать мероприятия по усовершенствованию технологического процесса цементации сателлита дифференциала заднего моста автомобиля КАМАЗ из стали 18ХГР .
5) Произвести расчет экономического эффекта от внедрения на основании определения норм времени при газовой цементации до и после усовершенствования технологического процесса цементации сателлита дифференциала заднего моста автомобиля КАМАЗ из стали 18ХГР.
6) Описать мероприятия по безопасности жизнедеятельности при цементации.
Наиболее широкое применение при производстве зубчатых колес получили азотирование, цементация и нитроцементация. В настоящее время на предприятиях в России и за рубежом чаще применяют упрочнение путем цементации, так как:
- обеспечиваются высокие значения при необходимом сочетании усталостной и контактной выносливости, статической прочности при изгибе, износостойкости, вязкости и надежности при случайных пиковых нагрузках;
- возможно применение сравнительно недорогих сталей, обладающих удовлетворительной обрабатываемостью при резании и обработке давлением, технологичных при термической и химико-термической обработках, использование дешевых, недефицитных и технологичных насыщающих сред, содержащих углерод [2].
Самым распространенным методом диффузионного насыщения углеродом является газовая цементация. Применяют так же твердую цементацию, цементацию с использованием жидких органических соединений и природного газа. В последнее время усиленно ведутся работы по исследованию и созданию технологических процессов высокотемпературной газовой, ваакумной и ионной цементации [2].
Однако, химико-термическая обработка является довольно трудоемким и обладает высокой энергоемкостью ( высокое потребление природного
газа и электроэнергии). Поэтому разработка новых и совершенствование уже существующих процессов химико-термической обработки является актуальной задачей.
Объектом данной выпускной квалификационной работы является
сталь18ХГР.
Предметом исследования является сателлит дифференциала заднего моста автомобиля КАМАЗ.
Целью данной выпускной квалификационной работы является изучение технологических процессов химико-термической обработки зубчатых колес и выявление возможности совершенствования технологического процесса цементации сателлита дифференциала заднего моста автомобиля КАМАЗ из стали 18ХГР с целью сокращения длительности технологического процесса и повышения производительности.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) Провести анализ существующих методов изготовления и
упрочнения зубчатых колес;
2) Изучить материалы и методы исследования;
3) Изучить технологический процесс цементации детали - зубчатое колесо;
4) Разработать мероприятия по усовершенствованию технологического процесса цементации сателлита дифференциала заднего моста автомобиля КАМАЗ из стали 18ХГР .
5) Произвести расчет экономического эффекта от внедрения на основании определения норм времени при газовой цементации до и после усовершенствования технологического процесса цементации сателлита дифференциала заднего моста автомобиля КАМАЗ из стали 18ХГР.
6) Описать мероприятия по безопасности жизнедеятельности при цементации.
В ходе выпускной квалификационной работы был изучен технологический процесс химико-термической обработки зубчатых колес и выявлена возможность его совершенствования для сокращения длительности технологического процесса и повышения производительности.
В качестве предмета исследования был выбран сателлит дифференциала заднего моста автомобиля КАМАЗ. В качестве материала для данной детали была выбрана наиболее часто используемая в машиностроении экономолегированная качественная конструкционная низкоуглеродистая цементуемая сталь 18ХГР. В результате анализа научно-технической литературы для детали "Сателлит дифференциала заднего моста" автомобиля КАМАЗ из стали 18ХГР установлено, что наиболее целесообразно применение газовой цементации.
При детальном анализе существующего технологического процесса цементации на ПАО КАМАЗ была выявлена возможность сокращения длительности протекания процесса за счет увеличения скорости нагрева при цементации, была увеличена температура разогрева с 820°С до 870°С. Для уменьшения количества дефектов в результате резкого охлаждения после закалки уменьшили скорость охлаждения за счет повышения температуры масла со 108°С до 109°С.
Внесенные изменения в технологический процесс цементации не повлияли на показатели качества сателлита дифференциала заднего моста из стали 18ХГР. Получены графики распределения микротвердости по глубине цементованного слоя. В результате аппроксимации экспериментальных данных установлена линейная зависимость микротвердости HV от глубины насыщения поверхности углеродом.
После проведения мероприятий по оценке качества деталей, упрочненных новой технологией:
- Твердость закаленной цементованной поверхности равна 60,0 HRC, что и соответствует требованию чертежа от 59 до 63 HRC,
- Твердость сердцевины - 42,4 HRC и эффективная глубина цементованного слоя 0,95 мм соответствуют требованию чертежа, а именно, твердость сердцевины от 30 до 44 HRC, глубина цементованного слоя от 0,8 до 1,6 мм.
В результате применения новой технологии цементации для сателлита дифференциала заднего моста из стали 18ХГР норма времени для одного изделия по новой технологии составило23,1мин, до составляло 26,3мин. В результате чего годовой объем выпуска составила 23000шт, до 20000шт. Следовательно, годовой объем выпуска процесса цементации для деталей типа сателлит дифференциала заднего моста из стали 18ХГР увеличился на 3000шт.
В качестве предмета исследования был выбран сателлит дифференциала заднего моста автомобиля КАМАЗ. В качестве материала для данной детали была выбрана наиболее часто используемая в машиностроении экономолегированная качественная конструкционная низкоуглеродистая цементуемая сталь 18ХГР. В результате анализа научно-технической литературы для детали "Сателлит дифференциала заднего моста" автомобиля КАМАЗ из стали 18ХГР установлено, что наиболее целесообразно применение газовой цементации.
При детальном анализе существующего технологического процесса цементации на ПАО КАМАЗ была выявлена возможность сокращения длительности протекания процесса за счет увеличения скорости нагрева при цементации, была увеличена температура разогрева с 820°С до 870°С. Для уменьшения количества дефектов в результате резкого охлаждения после закалки уменьшили скорость охлаждения за счет повышения температуры масла со 108°С до 109°С.
Внесенные изменения в технологический процесс цементации не повлияли на показатели качества сателлита дифференциала заднего моста из стали 18ХГР. Получены графики распределения микротвердости по глубине цементованного слоя. В результате аппроксимации экспериментальных данных установлена линейная зависимость микротвердости HV от глубины насыщения поверхности углеродом.
После проведения мероприятий по оценке качества деталей, упрочненных новой технологией:
- Твердость закаленной цементованной поверхности равна 60,0 HRC, что и соответствует требованию чертежа от 59 до 63 HRC,
- Твердость сердцевины - 42,4 HRC и эффективная глубина цементованного слоя 0,95 мм соответствуют требованию чертежа, а именно, твердость сердцевины от 30 до 44 HRC, глубина цементованного слоя от 0,8 до 1,6 мм.
В результате применения новой технологии цементации для сателлита дифференциала заднего моста из стали 18ХГР норма времени для одного изделия по новой технологии составило23,1мин, до составляло 26,3мин. В результате чего годовой объем выпуска составила 23000шт, до 20000шт. Следовательно, годовой объем выпуска процесса цементации для деталей типа сателлит дифференциала заднего моста из стали 18ХГР увеличился на 3000шт.
Подобные работы
- Совершенствование технологии поверхностного упрочнения зубчатых деталей из низкоуглеродистых легированных сталей
Магистерская диссертация, технология конструкционных материалов. Язык работы: Русский. Цена: 4900 р. Год сдачи: 2019 - Совершенствование технологии поверхностного упрочнения зубчатых деталей из
низкоуглеродистых легированных сталей
Магистерская диссертация, технология производства продукции. Язык работы: Русский. Цена: 5700 р. Год сдачи: 2019 - Технологии цементации осевых деталей из низкоуглеродистых легированных сталей
Дипломные работы, ВКР, материаловедение . Язык работы: Русский. Цена: 4320 р. Год сдачи: 2016 - Совершенствование технологии обработки стали
Дипломные работы, ВКР, технология производства продукции. Язык работы: Русский. Цена: 4900 р. Год сдачи: 2018 - Совершенствование технологии химико-термической обработки деталей из хромоникелевых сталей
Магистерская диссертация, технология конструкционных материалов. Язык работы: Русский. Цена: 4900 р. Год сдачи: 2019 - Совершенствование технологии азотирования детали «Шестерня ведомая» из стали 38Х2МЮА
Дипломные работы, ВКР, материаловедение . Язык работы: Русский. Цена: 4370 р. Год сдачи: 2017 - Химико-термическая обработка тяжелонагруженных деталей автомобили КАМАЗ
Магистерская диссертация, автомобили и автомобильное хозяйство. Язык работы: Русский. Цена: 4900 р. Год сдачи: 2019 - Химико-термическая обработка тяжелогруженых деталей автомобили КАМАЗ
Дипломные работы, ВКР, автомобили и автомобильное хозяйство. Язык работы: Русский. Цена: 4900 р. Год сдачи: 2019 - Технологические аспекты восстановления изношенных деталей автомобилей
Диссертации (РГБ), материаловедение . Язык работы: Русский. Цена: 4210 р. Год сдачи: 2017