Таким образом, можно сказать, что для зубчатого колеса из хромомарганцетитановой стали 25ХГТ, в качестве охлаждающей среды применяют масло, т. к. масло уменьшает брак от трещин.
1.4.3.3 Отпуск
После закалки необходимо провести отпуск, он является заключительной операцией термической обработки.
Отпуском стали называется нагрев стали ниже критической точки Ас1. При этом происходит превращение, уменьшающее степень неравновесности структуры незакаленной стали. Уменьшаются внутренние напряжения, возникающие в процессе закалки, повышается вязкость и пластичность.
Низкий отпуск проводят с нагревом до 150 - 200 ºС. При этом несколько снижаются внутренние напряжения, а твердость остается высокой.
1.4.4 Расчет и описание температурно-временных параметров технологических процессов
Все операции термической и химико-термической обработки характеризуются следующими параметрами
1. температурой нагрева;
2. средой нагрева;
3. общим временем операции;
4. средой охлаждения.
1. Температура нагрева детали определяется положением критических точек А1 и А3 и с учетом кинетики перехода структурных составляющих в твердый раствор и его распад, а также способа проведения операции.
а) Температура нагрева для нитроцементации выбирается в интервале температур от 840 - 870 ºС. В нашем случае (в соответствии с литературными данными) температура нитроцементации от 840 до 870 ºС. Выбираем 860 ºС.
б) Температура нагрева под закалку должна быть выше критической Ас1 на 30 - 50 ºС. Для стали 25 ХГТ Ас1 = 763 ºС, таким образом температура нагрева под закалку:
Тн = Ас1 + 50 = 763 + 50 = 813 ºС.
в) Температура нагрева для отпуска выбирается в зависимости от остаточных напряжений (по графику).
Выбираем температуру отпуска 180 ºС.
2. Выбор нагревающей среды производиться с учетом желательности применения газовых искусственных атмосфер для нагрева без окисления и обезуглероживания.
а) В качестве источника углерода при ХТО используют природный газ. При нитроцементации в печь подается 90 - 94% эндогаза и 6-10 %СНu
б) Так как деталь перед химико-термической обработкой подвергалась термической обработке, то закалку следует проводить в защитной атмосфере, а т. к. закалка проходит непосредственно с цементационного нагрева, то целесообразно применять в качестве защитной атмосферы- эндогаз.
в) Отпуск проводится в защитной атмосфере
3. Выбор среды (скорости) охлаждения определяется:
· химическим составом стали,
· видом термической обработки;
· необходимой конечной структурой;
· кинетикой распада твердого распада;
· размерами сечений,
· конфигурацией изделия;
· свойствами охлаждающей среды.
а) В соответствии с выше сказанным
τобщ = τн + τвыд
гдеτобщ - общее время нагрева, ч.;
τн - время нагрева до температуры операции, мин.;
τвыд - время выдержки для завершения структурных или диффузионных превращений, мин.
τн = К1 К2W
где К1 - коэффициент нагреваемой среды, мин/см; К2 - коэффициент равномерности нагрева; W- геометрический показатель изделия, см.
Для закалки принимаем
К1 = 40 мин/см.
К2 = 1,4
Геометрический показатель изделия рассчитывается по следующей формуле:
W = [(Д - d) xL ]_ [4L +2/ (Д - d)]
где Д - наружный диаметр колеса, см., Д = 11,3 м;
d- внутренний диаметр колеса, см., d = 3,5 см;
L- длина нагреваемой части, см., L = 5,3 см.
W = [(11,3 – 3,5) x5,3 ] = 1,12 см.
[4 х 5,3+2 х (11,3 – 3,5)]
τн = 40 х 1,4 х 1,12 = 62 мин.
Принимаем 62 мин = 1,03 часа.
Время выдержки рассчитывается по следующей формуле:
τвыд = hсл. ср_ V
где τвыд - время выдержки, ч.;
hср. сл. - средняя толщина нитроцементированного слоя; hср. сл. = 1,2 мм.;
V- скорость процесса цементации, мм/час, V = 0,115 мм/час.
τвыд = 1,2 = 10,43 0,115
τобщ = τн + τвыд = 10,43 + 1,03 = 11,46 ч.
Принимаем 11,46 ч.~ 12 часов.
Время низкого отпуска принимаем 120 мин.
1.4.5 Разработка и описание технологической карты химико-термической обработки деталей
Технологическая карта - часть маршрутной технологии.
Технологическая карта - это основной документ термического участка, в которой указан маршрут перемещения детали по участку.
Зубчатое колесо подается на термический участок с помощью электропогрузчика в контейнерах с сопроводительными документами (сертификаты, печати на деталях). Детали после механической обработки обезжириваются в 5% содовом растворе. После чего зубчатые шестерни перемещаются на место складирования цементационной печи СШЦМ-6.12/10 и по мере необходимости детали поступают в печь. В печи происходит их науглераживание при температуре 930ºС. После подстуживания начинается закалка (непосредственно после цементации, т. е. с цементационного нагрева). Детали находятся в печи приблизительно 10 часов. Нагрев для цементации ведется в среде эндогаз + СH4(6-7%), а для закалки среда эндогаз.
После закалки детали охлаждаются в закалочном баке до 20 ºС. В качестве закалочной жидкости применяют масло И-20.
Перед нагревом в отпускной печи детали промываются в масле в моечной машине в 5% содовом растворе при температуре 60 - 80 ºС.
Отпуск шестерни также ведется в защитной атмосфере. Нагрев проводится до температур 180 ºС. Продолжительность пребывания деталей в печи составляет 2 часа. Охлаждение после нагрева производится на воздухе.
После завершения цикла термической обработки детали перемещаются на место складирования готовых изделий.
1.4.6 Контроль производства
Контроль производства осуществляется в двух направлениях:
1) контроль технологического процесса - по операциям и оборудованию;
2) контроль качества готовой продукции - после термической обработки.
Контроль технологического процесса производится по следующим параметрам:
· Температурный режим регулируется с помощью приборов для измерения, регулирования и записи температуры;
· Газоанализаторы прямого и косвенного контроля Н2О и СО2, приборы для измерения давления применяются для среды обработки и интенсивности ее циркуляции в рабочем пространстве;
· Продолжительность операции для оборудования периодического и непрерывного действия контролируется с помощью времени, аппаратуры для световой и звуковой сигнализации.
1) Выявление наружных трещин, сколов, раковин и других дефектов проверяются с помощью магнитной дефектоскопии;
2) Определение соответствия размеров изделия и допусков, заданных в технических условиях;
3) Контроль твердости после закалки и отпуска измеряется твердомером Бринелля;
4) Анализ макро- и микроструктуры проверяется с помощью микроскопа МИМ-8М;
5) Проверка механических свойств;
Контроль качества деталей производится на участке ОТК и в экспресс-лаборатории. После контроля на каждой детали ставится штамп и составляется сопроводительный документ по годности партии деталей. После этого партия с помощью электропогрузчика поступает в сборочный цех.
2. ВЫБОР И РАСЧЕТ ОБОРУДОВАНИЯ
2.1 Выбор и обоснование основного оборудования
Все оборудование термических цехов, находящееся на машиностроительных заводах, делится на:
1) Основное.
2) Дополнительное.
3) Вспомогательное.
Выбор основного оборудования необходимо начинать с анализа существующего на заводе оборудования. Нужно проанализировать достоинства и недостатки оборудования, имеющегося на заводе, и могут быть вообще применены для осуществления предлагаемых в проекте режимов термической обработки, или лишены недостатков, рассмотреть какие виды основного оборудования обладают большей производительностью, обеспечивают лучшее качество термической обработки, лучше механизированы и автоматизированы.
Для выбора двух ― трех конструкций оборудования (включая применяемое на заводе) желательно провести расчет стоимости нагрева и охлаждения изделий и затем выбрать наилучший вариант.
К основному оборудованию относится оборудование для осуществления основных операций связанных с нагревом и охлаждением деталей:
- печи;
- печи - ванны;
- нагревательные устройства и установки;
- охлаждающие устройства;
- прессы;
- машины.
Для выполнения термической обработки цементация зубчатого колеса коробки передач с передаточной коробкой трактора, возможно использование агрегата для ХТО СНЦА и таких печей как СШЦМ для ХТО, агрегат использовать нецелесообразно, так как производственная программа небольшая, следовательно необходимо использовать печи типа СНЦ, СШЦМ.
В нашем случае целесообразно использовать печь СШЦМ, так как после ХТО производится непосредственная закалка. Эта печь предназначена для химико-термической обработки
После химико-термической обработки и непосредственной закалки следует проводить отпуск. Для этой операции целесообразно применить печь типа СШО-6.12/7. Эта печь предназначена для отпуска.
Выбранное оборудование должно иметь необходимые размеры рабочего пространства.
Выбор полезных размеров оборудования зависит от способа выполнения операций установленных в зависимости от следующих параметров:
1. Характер загрузки.
2. Положение деталей в процессе термической обработки.
3. Масштаб производства.
Дана деталь – зубчатое колесо, имеет следующие размеры:
Ширина ― 53 мм;
Внутренний диаметр ― 35 мм;
Наружный диаметр ― 113 мм.
1) Детали укладываются на специальное приспособление.
2) Производственная программа небольшая.
Следовательно, для данной ХТО, надо применить печь типа СШЦМ-6.12/10.
2.2 Описание основного оборудования