Анализ конструкции детали и оценка ее технологичности

Теоретические основы разрабатываемой темы

В курсовом проекте встречаются термины и понятия:

Критические точки – характеризуют фазовые и структурные превращения,протекающие при нагреве и охлаждении металлов и сплавов. Критические точки Ас1 соответствуют превращению перлита в аустенит при нагреве, Аr1соответствуют превращению аустенита в перлит при охлаждении. Критические точки Aс3 соответствуют завершению превращения феррита в аустенит при нагреве доэвтектоидных сталей, точки Аr3 соответствуют началу выделения феррита из аустенита при охлаждении доэвтектоидных сталей.

Точка А_cm. соответствует растворению цементита в аустените в заэвтектоидных сталях, точка Аrm соответствует началу выделения цементита в заэвтектоидных сталях при охлаждении.

Для обозначения критических точек при нагреве и охлаждении вводят дополнительные индексы: букву «с» в случае нагрева и «r» в случае охлаждения, например Ас1, Ac3, Ar1, Ar3.

Твердость - способность материала сопротивляться пластической деформации или разрушению при местном силовом воздействии; одно из основных механических свойств материалов. Зависит от структуры материала и других его механических характеристик, главным образом модуля упругости при деформации и предела прочности при разрушении, количественная связь с которыми устанавливается теорией упругости.

Ударная вязкость- способность материала поглощать механическую энергию в процессе деформации и разрушения под действием ударной нагрузки.

Основным отличием ударных нагрузок от испытаний на растяжение-сжатие или изгиб является гораздо более высокая скорость выделения энергии. Таким образом, ударная вязкость характеризует способность материала к быстрому поглощению энергии.

Закалка–операция термической обработки, при которой стальные детали нагревают до температуры, несколько выше критической, выдерживают при этой температуре и затем быстро охлаждают в воде или масле.–

Отпуск - заключается в нагреве закаленной стали до температур ниже Ас1. выдержке при заданной температуре и последующем охлаждении с определенной скоростью. Отпуск является окончательной операцией термической обработки, в результате которой сталь получает требуемые механические свойства. Кроме

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

того, отпуск полностью или частично устраняет внутренние напряжения, возникающие при закалке.

Прокаливаемость-одна из важнейщих характеристик стали. Под прокаливаемостью понимают глубину проникновения закаленной зоны.

Характеристика материала детали.

Химический состав в % материала стали 5ХНМ

Таблица 1

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Mo	Cu
0.5 - 0.6	0.1 - 0.4	0.5 - 0.8	1.4 - 1.8	до 0.03	до 0.03	0.5 - 0.8	0.15 - 0.3	до 0.3

Влияние легирующих элементов на свойства стали:

Углерод (С) -При увеличении содержания углерода до 1,2% возрастают прочность, твердость, порог хладноломкости (0,1%С повышает температуру порога хладноломкости на 20С), предел текучести, величина электрического сопротивления и коэрцитивная сила. При этом снижаются плотность, теплопроводность, вязкость, пластичность, величины относительных удлинения и сужения.

Марганец - повышает прочность, износостойкость, а также глубину прокаливаемости стали при термической обработке.

Кремний - способствует получению более однородной структуры, положительно сказывается на упругих характеристиках стали. Кремний способствует магнитным превращениям, а при содержании его в количестве 15-20 % придает стали кислотоупорность.

Хром - повышает твердость, прочность, а при термической обработке увеличивает глубину прокаливаемости, положительно сказывается на жаропрочности, жаростойкости, повышает коррозионную стойкость.

Никель - действует так же, как и марганец. Кроме того, он повышает электросопротивление и снижает значение коэффициента линейного расширения.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

Медь - увеличивает антикоррозионные свойства, она вводится главным образом в строительную сталь.

Сера - является вредной примесью. Она находится в стали главным образом в виде FeS. Это соединение сообщает стали хрупкость при высоких температурах, например при ковке, - свойство, которое называется красноломкостью. Сера увеличивает истираемость стали, понижает сопротивление усталости и уменьшает коррозионную стойкость.

Фосфор - также является вредной примесью. Он образует с железом соединение Fe₃P, которое растворяется в железе. Кристаллы этого химического соединения очень хрупки..

Критические точки, ° С

Таблица 2

Ас1	Ас3(Асm)	Ar1	Mн

 

Сталь 5ХНМ относится к сталям для штампов для горячего деформирования.

Основные свойства сталей:

1) высокая теплостойкость, определяющая сопротивление стали пластической деформации, смятию при нагреве и характеризующаяся пределом текучести сталей при температурах деформирования; теплостойкость чаще всего условно определяется температурой четырехчасового отпуска, после которого твердость стали составляет 45 HRC;

2) высокая вязкость, определяющая сопротивление стали хрупкому разрушению, которое проявляется в образовании макротрещин и трещин разгара; характеризуется, чаще всего, ударной вязкостью;

3) окалиностойкость и сопротивление коррозии под напряжением,

характеризующие сопротивление стали износу, протекающему в результате образования окалины, и химического взаимодействия штампа и обрабатываемого материала.

Технологические свойства сталей:

1) минимальная деформация при термической обработке;

2) широкий интервал закалочных температур;

3) высокая закаливаемость и прокаливаемость;

4) устойчивость против обезуглероживания и окисления;

5) удовлетворительная обрабатываемость давлением и резанием;

6) удовлетворительная шлифуемость.

7) не склонна к отпускной хрупкости.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

Анализ конструкции детали и оценка ее технологичности.

Чертеж детали представлен в приложении 1.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

Вставка - формующий элемент штампа (прессформы), предназначенный для формования определенной части изделия. Вставка представляет собой съемную деталь, извлекаемую из штампа (прессформы). Применяют их, в основном, в мелкосерийном производстве для получения сложных по конфигурации изделий, когда не может быть оправдано многогнездовых механизированных форм.

Технологичность деталей и изделий – это проверка взаимной совместимости их конструкции с разработанной технологией получения и возможностью обеспечения требуемых свойств наиболее простыми способами при минимальных затратах труда, энергии и материалов.

Степень технологичности зависит от следующих факторов:

1. Марки материала, из которого данная деталь изготовлена;

2. Формы и размеров;

3. Стадии изготовления;

4. Технических требований на свойства и пределов (допусков) на отклонение от них.

Рассмотрим кратко влияние каждого фактора на технологичность дета- лей при термической обработке.

Марка материала. Технологичными считаются изделия, изготовленные из металлов и сплавов, способных закаливаться в мягких охлаждающих средах или на воздухе, с высокой глубиной прокаливаемости, а также при нагреве не склонных к сильному росту зерна и окислению. Применительно к сталям наиболее технологичны материалы, имеющие при нагреве низкую обезуглероживающую способность, не склонные к отпускной хрупкости.

Показателем технологичности производства является небольшое количество обрабатываемых марок материалов, так как уменьшается число температурных режимов обработки, что не требует частых перенастроек оборудования.

Сталь 5ХНМ закаливается в масло, обладает достаточно хорошей прокаливаемостью, при нагреве не склонна к сильному росту зерна.

Форма и размеры. Детали являются технологичными, если не имеют

острых граней и резких переходов от одного сечения к другому, без значительных различий в массе детали на отдельных ее частях. С целью повышения степени технологичности изделия направляются на термическую обработку без отверстий, канавок, пазов, прорезей и других особенностей их геометрии, в которых концентрируются напряжения при нагреве и охлаждении. Тонкие длинномерные детали имеют низкую технологичность из-за повышенной склонности к короблению, что требует применения специального оборудования или приспособлений при термической обработке.

Деталь вставка не имеет резких перепадов по сечению, поэтому нагрев будет равномерным, поскольку закалка будет производиться на масло, то вероятность возникновения закалочных трещин будет минимальной.

Стадия изготовления. В целях повышения технологичности выявляется та стадия изготовления детали, после которой наиболее целесообразна ее термическая обработка. При сложной форме изделия оно запускается на термическую обработку на более ранней стадии изготовления, когда заготовка имеет значительный припуск, обеспечивающий более устойчивую форму в

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

отношении искажения ее геометрии при нагреве и охлаждении. При выходе размеров или деформации изделия за пределы допуска допустимо применение легкого шлифования готовых деталей. При этом необходимо помнить, что глубина упрочненного слоя, полученная при термической обработке должна быть больше, чем слой, снятый шлифованием.

Деталь вставка имеет большую твердость, поэтому термообработку целесообразно проводить после основной механической обработки. После термообработки должны доводиться точные размеры 45js6; 12±0,01; 5,4 js6;

4-0.05.

Деталь поступает на термообработку практически с готовыми размерами, поэтому необходимо провести закалку с минимальной поводкой. Добиться этого позволяет небольшая критическая скорость при охлаждении при закалке, которая дает возможность закаливать детали в более мягкой среде –масле. Для достяжения минимальной поводки можно применить предварительную термическую обработку.

Технические требования на свойства и пределы допуска на них. Основным фактором, определяющим выбор технологии термической обработки деталей, являются технические требования к их свойствам. Технические требования определяют характеристики качества готовых изделий и устанавливают порядок и методы их приемки. Основным документом обычно является конструкторский чертеж детали, где указываются технические условия на свойства: твердость, глубина упрочненного слоя, механические характеристики, с указанием категории прочности (КП), группы контроля, величины деформации, коробления, чистоты поверхности, наличие вмятин, царапин и других дефектов. При разработке технологического процесса большое значение имеют допуски по отклонению свойств, геометрии и чистоты поверхности изделий, определяющие как разности между наибольшими и наименьшими показателями свойств и размеров изделий, и характеризуют требуемую точность изготовления и обработки. Неизбежность отклонений показателей свойств при осуществлении термической обработки обуславливается:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

колебанием содержания отдельных химических элементов в различных плавках одной и той же марки; неодинаковыми условиями изготовления одного и того же изделия на предыдущих операциях (разные смены, времена года, условия обработки); теплотехническими допусками термического оборудования. Величина допуска оказывает большое влияние на характер технологии и организацию термической обработки. При значительной величине допуска представляется возможным производить обработку более простым способом с большими отклонениями показателей режимов термической обработки, такие изделия считаются высокотехнологичными. Для изделий с минимальными допусками термическая обработка связана со значительными сложностями. Эти изделия являются низко технологичными. В этом случае необходимо предусмотреть механизацию и автоматизацию выполнения всех операций, применение современного оборудования, установленного в поточные линии, что экономически оправдано только в условиях массового и крупносерийного производства. Поэтому при определении величин допуска необходимо руководствоваться не только конструкторскими требованиями, но и экономическими соображениями. По величине допуски могут быть широкими, средними и узкими.

Таблица 3

Характеристика свойств и технологичность

Свойства	Размер допуска
широкий	средний	узкий
Твердость	>58	58...62	58...60
Глубина упрочненного слоя	>0,8	0,8...1,2	0,8...1,0
Технологичность	высокая	средняя	низкая

 

Технологичность, в известной мере, обуславливается масштабом производства. Изделия, обладающие высокой степенью технологичности в условиях массового производства (детали подшипников, мерительный инструмент и др.), имеющего специальное оборудование и приспособления,

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

оказываются низко технологичными в условиях единичного и мелкосерийного производства.

Деталь ступица имеет средний размер допуска на твердость- 58-62 HRC. Другие требования по прочностным свойствам и контролю в чертеже не указаны. Деталь имеет точные размеры.

Расмотрев выше перечисленные факторы можно отнести деталь к средней категории технологичности. Целесообразно применить заготовку Круг 46-В ГОСТ 2590-88/5ХНМ ГОСТ 5950-2000.