Совершенствование технологии азотирования детали «Шестерня ведомая» из стали 38Х2МЮА
|
Введение 7
1. Анализ существующих методов изготовления и упрочнения 9
1. 1 Назначение и методы изготовления шестерен 9
1.2 Материалы изготовления шестерен и требования, предъявляемые к ним
1.3 Классификация азотирования 15
1.4 Методы контроля после термической и химико-термической обработки
1.5 Патентный поиск 28
2. Материалы и методы исследования 31
2.1 Свойства и применение стали 38Х2МЮА 31
2.2 Методы исследования азотированных деталей 33
2.3 Приборы и инструменты оценки качества 34
4.4 Обработка экспериментальных данных 35
3. Исследование различных видов обработки для шестерни ведомой из
стали 38Х2МЮА 37
3.1 Исследование химического состава после различных видов обработки38
3.2 Исследование твердости различных видов обработки 39
3.3 Исследование микроструктуры образцов после различных видов
азотирования 41
3.3.1 Микроструктура азотированного слоя после газового азотирования 41
3.3.2 Микроструктура азотированного слоя после вакуумного
азотирования 45
3.3.3 Микроструктура азотированного слоя после лазерной обработки .. 48
3.3.4 Микроструктура азотированного слоя после ионного азотирования 50
4. Технологическая часть 55
4.1 Определение типа производства 55
4.2 Технология проведения процесса ионного азотирования 56
4.3 Контроль качества 61
5. Предлагаемое оборудование 64
6. Экономическая эффективность внедрения нового оборудования 68
7. Обеспечение безопасности жизнедеятельности 71
7.1 Расчет вентиляции термического цеха 72
7.2. Расчет освещения участка 75
Заключение 78
Список использованной литературы 80
1. Анализ существующих методов изготовления и упрочнения 9
1. 1 Назначение и методы изготовления шестерен 9
1.2 Материалы изготовления шестерен и требования, предъявляемые к ним
1.3 Классификация азотирования 15
1.4 Методы контроля после термической и химико-термической обработки
1.5 Патентный поиск 28
2. Материалы и методы исследования 31
2.1 Свойства и применение стали 38Х2МЮА 31
2.2 Методы исследования азотированных деталей 33
2.3 Приборы и инструменты оценки качества 34
4.4 Обработка экспериментальных данных 35
3. Исследование различных видов обработки для шестерни ведомой из
стали 38Х2МЮА 37
3.1 Исследование химического состава после различных видов обработки38
3.2 Исследование твердости различных видов обработки 39
3.3 Исследование микроструктуры образцов после различных видов
азотирования 41
3.3.1 Микроструктура азотированного слоя после газового азотирования 41
3.3.2 Микроструктура азотированного слоя после вакуумного
азотирования 45
3.3.3 Микроструктура азотированного слоя после лазерной обработки .. 48
3.3.4 Микроструктура азотированного слоя после ионного азотирования 50
4. Технологическая часть 55
4.1 Определение типа производства 55
4.2 Технология проведения процесса ионного азотирования 56
4.3 Контроль качества 61
5. Предлагаемое оборудование 64
6. Экономическая эффективность внедрения нового оборудования 68
7. Обеспечение безопасности жизнедеятельности 71
7.1 Расчет вентиляции термического цеха 72
7.2. Расчет освещения участка 75
Заключение 78
Список использованной литературы 80
Современное машиностроение невозможно представить без применения различных зубчатых колес (шестерен), которые являются неотъемлемой частью машин, тракторов и т. д. Они должны обладать высокой износостойкостью поверхностного слоя при сохранении мягкой сердцевины. Это обеспечивается различными видами термической и химико-термической обработкой (ХТО) [1].
Наиболее распространенными видами ХТО являются: цементация, азотирование, борирование, цианирование, диффузионное насыщение металлами, к которым относят алитирование, хромирование, цинкование, силицирование, титанирование, хромоалюминирование, хромосилицирование.
Среди перечисленных видов ХТО для ответственных деталей машиностроения все большее применение находит азотирование. Азотирование — один из наиболее распространенных методов обработки, использование которого в промышленно развитых странах постоянно расширяется. По сравнению с цементацией, оно имеет несколько веских преимуществ, которое сделало его основным способом улучшения показателей стали. Азотированный слой обладает высоким показателем твердости без дополнительной термообработки. Кроме того, после азотирования размер обрабатываемой детали остается практически неизменным. В отличие от цементационного процесса, его можно применить к готовым изделиям, которые прошли термическую закалку с высоким отпуском и отшлифованы до окончательных форм. После азотирования детали полностью готовы к чистовой полировке и другой обработке. Как показывает практика, применение азотирования особенно эффективно для разнообразных сопряжений, где основной причиной разрушения поверхностей является трение [2]. Азотированию подвергаются стали с повышенным требованием к качеству (38Х2МЮА, 20А, 30ХГСА и др.), которые применяются для ответственных деталей механизмов и машин, например, работающих в коррозионной среде на износ. Такие стали должны обладать высокой степенью однородности макро- и микроструктуры, достигаемой значительной сложностью технологического процесса обработки стали [3].
Следовательно, совершенствование технологических процессов азотирования для деталей автомобилестроения является актуальной задачей.
Объектом исследования является «Шестерня ведомая» колесной передачи автомобиля КамАЗ.
Предметом исследования является сталь 38Х2МЮА.
Целью данной выпускной квалификационной работы является совершенствование технологии азотирования детали «Шестерня ведомая» из стали 38Х2МЮА.
Для достижения указанной цели необходимо решение следующих задач:
- Провести анализ существующих методов изготовления и упрочнения шестерен;
- Изучить материалы и методы исследования;
- Исследовать различные виды азотирования для шестерни ведомой из стали 38Х2МЮА;
- Разработать мероприятия по совершенствованию технологического процесса азотирования;
- Подобрать оборудование для усовершенствованного процесса;
- Разработать схему участка химико-термической обработки;
- Произвести расчет экономической эффективности усовершенствованного процесса;
- Разработать мероприятия по безопасности жизнедеятельности.
Наиболее распространенными видами ХТО являются: цементация, азотирование, борирование, цианирование, диффузионное насыщение металлами, к которым относят алитирование, хромирование, цинкование, силицирование, титанирование, хромоалюминирование, хромосилицирование.
Среди перечисленных видов ХТО для ответственных деталей машиностроения все большее применение находит азотирование. Азотирование — один из наиболее распространенных методов обработки, использование которого в промышленно развитых странах постоянно расширяется. По сравнению с цементацией, оно имеет несколько веских преимуществ, которое сделало его основным способом улучшения показателей стали. Азотированный слой обладает высоким показателем твердости без дополнительной термообработки. Кроме того, после азотирования размер обрабатываемой детали остается практически неизменным. В отличие от цементационного процесса, его можно применить к готовым изделиям, которые прошли термическую закалку с высоким отпуском и отшлифованы до окончательных форм. После азотирования детали полностью готовы к чистовой полировке и другой обработке. Как показывает практика, применение азотирования особенно эффективно для разнообразных сопряжений, где основной причиной разрушения поверхностей является трение [2]. Азотированию подвергаются стали с повышенным требованием к качеству (38Х2МЮА, 20А, 30ХГСА и др.), которые применяются для ответственных деталей механизмов и машин, например, работающих в коррозионной среде на износ. Такие стали должны обладать высокой степенью однородности макро- и микроструктуры, достигаемой значительной сложностью технологического процесса обработки стали [3].
Следовательно, совершенствование технологических процессов азотирования для деталей автомобилестроения является актуальной задачей.
Объектом исследования является «Шестерня ведомая» колесной передачи автомобиля КамАЗ.
Предметом исследования является сталь 38Х2МЮА.
Целью данной выпускной квалификационной работы является совершенствование технологии азотирования детали «Шестерня ведомая» из стали 38Х2МЮА.
Для достижения указанной цели необходимо решение следующих задач:
- Провести анализ существующих методов изготовления и упрочнения шестерен;
- Изучить материалы и методы исследования;
- Исследовать различные виды азотирования для шестерни ведомой из стали 38Х2МЮА;
- Разработать мероприятия по совершенствованию технологического процесса азотирования;
- Подобрать оборудование для усовершенствованного процесса;
- Разработать схему участка химико-термической обработки;
- Произвести расчет экономической эффективности усовершенствованного процесса;
- Разработать мероприятия по безопасности жизнедеятельности.
На основании аналитического обзора публикаций, патентных исследований проведен анализ различных способов поверхностного упрочнения зубчатых колес. Для ответственных деталей автомобилестроения целесообразно применение химико-термической обработки, а именно для шестерен с внутренними зубьями отдается предпочтение азотированию.
В ходе исследования различных образцов, подвергнутых различным видам азотирования (газовое, вакуумное, ионное) и лазерной обработки выявлено, что:
- Химический состав стали после всех способов обработки соответствует стали 38Х2МЮА ГОСТ 4543-71, что удовлетворяет требованиям чертежа.
Твердость поверхности и сердцевины детали после газового и ионного азотирование удовлетворяют требованиям чертежа.
Твердость детали после вакуумного азотирования и лазерной обработки в сердцевине на расстоянии 2/3 от вершины зуба удовлетворяет требованиям чертежа, но не удовлетворяет по вершине зуба.
Толщина азотированного слоя поверхности образца после газового (0,6 мм), вакуумного (0,7 мм) и ионного (0,7 мм) азотирования удовлетворяют требованиям чертежа.
При микроструктурном исследовании детали после газового обработки выявлено наличие равномерно распределенного по профилю зуба азотированного слоя.
Толщина закаленного лазерной обработкой слоя на одной боковой поверхности зуба детали составляет 0,9 мм, что удовлетворяет требованиям чертежа. Однако при микроструктурном исследовании после лазерной обработки выявлено наличие на боковых поверхностях зуба неравномерного по толщине закаленного лазерной обработкой слоя от 0,6 до 0,9 мм и отсутствие закаленного слоя на вершине и по впадине зуба.
Установлено, что предпочтительным методом обработки для детали «Шестерня ведомая» является ионное азотирование, обеспечивающее требованиям чертежа.
Разработан технологический процесс ионного азотирования детали «Шестерня ведомая», отличающийся от типового тем, что перед азотированием используется предварительная ультразвуковая обработка, которая позволяет сократить время азотирования в 2 раза, что сокращает энергозатраты и расход насыщающих газов.
Подобрано оборудование для осуществления процесса азотирования: установка серии УА производства Беларусь, обеспечивающая качество обработки детали, которая ниже по стоимости по сравнению с другими зарубежными аналогами и установка для предварительной ультразвуковой обработки перед процессом азотирования (модель установки-УЗ ванна m40i). Разработан план участка химико-термической обработки, рассчитана вентиляция и освещения участка химико-термической обработки, произведен расчет экономической эффективности нормы времени проведения ионного (усовершенствованного) и газового (типового) азотирования.
В ходе исследования различных образцов, подвергнутых различным видам азотирования (газовое, вакуумное, ионное) и лазерной обработки выявлено, что:
- Химический состав стали после всех способов обработки соответствует стали 38Х2МЮА ГОСТ 4543-71, что удовлетворяет требованиям чертежа.
Твердость поверхности и сердцевины детали после газового и ионного азотирование удовлетворяют требованиям чертежа.
Твердость детали после вакуумного азотирования и лазерной обработки в сердцевине на расстоянии 2/3 от вершины зуба удовлетворяет требованиям чертежа, но не удовлетворяет по вершине зуба.
Толщина азотированного слоя поверхности образца после газового (0,6 мм), вакуумного (0,7 мм) и ионного (0,7 мм) азотирования удовлетворяют требованиям чертежа.
При микроструктурном исследовании детали после газового обработки выявлено наличие равномерно распределенного по профилю зуба азотированного слоя.
Толщина закаленного лазерной обработкой слоя на одной боковой поверхности зуба детали составляет 0,9 мм, что удовлетворяет требованиям чертежа. Однако при микроструктурном исследовании после лазерной обработки выявлено наличие на боковых поверхностях зуба неравномерного по толщине закаленного лазерной обработкой слоя от 0,6 до 0,9 мм и отсутствие закаленного слоя на вершине и по впадине зуба.
Установлено, что предпочтительным методом обработки для детали «Шестерня ведомая» является ионное азотирование, обеспечивающее требованиям чертежа.
Разработан технологический процесс ионного азотирования детали «Шестерня ведомая», отличающийся от типового тем, что перед азотированием используется предварительная ультразвуковая обработка, которая позволяет сократить время азотирования в 2 раза, что сокращает энергозатраты и расход насыщающих газов.
Подобрано оборудование для осуществления процесса азотирования: установка серии УА производства Беларусь, обеспечивающая качество обработки детали, которая ниже по стоимости по сравнению с другими зарубежными аналогами и установка для предварительной ультразвуковой обработки перед процессом азотирования (модель установки-УЗ ванна m40i). Разработан план участка химико-термической обработки, рассчитана вентиляция и освещения участка химико-термической обработки, произведен расчет экономической эффективности нормы времени проведения ионного (усовершенствованного) и газового (типового) азотирования.
Подобные работы
- 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