Расчет продолжительности нагрева

Общая продолжительность нагрева, т. е. общее время пребывания изделий в нагревающей среде t_общ, состоит из двух слагаемых — времени нагрева до заданной температуры t_н и времени выдержки при этой температуре t_в

t_общ = t_н + t_в (1)

Определение времени нагрева до заданной температуры.

Этот способ определения времени нагрева является более сложным, но и более точным, применяется для определения времени нагрева изделий диаметром (стороной квадрата) 3 — 100 мм.

				V
t_н	=	K	·	--	(2)
				F

где t_н — время нагрева в мин;

V — объем тела в см³;

F — поверхность тела в см²;

К — суммарный физический фактор нагрева в мин/см.

Отношение V / F называется геометрическим показателем тела W.

		V
W	=	--	см (3)
		F

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Получим следующую формулу для определения времени нагрева

t_н= K·W (4)

Значение W вычисляется по формулам, приведенным в таблице 5, а коэффициент К по таблице 6.

Таблица 5

Формулы для вычисления величины W различных тел простой формы.

Форма тела

Формула для W

Шар

Сплошной цилиндр, нагреваемый со всех сторон

D·l

4·l + 2·D

Сплошной цилиндр, нагреваемый с одной стороны

D·l₁

4·l₁ + 2·D

Полый цилиндр, нагреваемый со всех сторон

(D-d)·l

4·l+ 2·(D-d)

Прямоугольная пластина, нагреваемая со всех сторон

B·a·l

2·(B·l + B·a + a·l)

Куб

Условные обозначения в таблице:

D — наружный диаметр в см; d — внутренний диаметр в см; D₁ —диаметр окружности, вписанной в данный многоугольник, в см; l — полная длина тела в см; l₁ — длина нагреваемой части тела в см; В — ребро куба или толщина пластины в см; а — ширина пластины в см.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Таблица 6

Значение К для различных условий нагрева.
Сталь	Температура нагревания в ^oC	Нагревающая среда	K
Углеродистая и легированная	300 - 400	Воздух
Продукты сгорания
Углеродистая	750 - 900	Воздух
Продукты сгорания
Соль
Легированная	750 - 900	Воздух
Продукты сгорания
Соль
Быстрорежущая	500 - 650	Воздух
Продукты сгорания
Соль
Быстрорежущая	800 - 900	Соль
1200 - 1300	Соль

Форма тела детали ступица –полый цилиндр, условия нагрева –со всех сторон, поэтому формулу для расчета геометрического показателя выбираем:

W=(D-d)·l/4·l+ 2·(D-d)=(6-2)·2.6/4·2.6+2(6-2)=10.4/10.4+8=0.56

K=65-для нагрева в вакууме.

t_н=0.56 · 65=36 мин.

Для прогрева приспособления и 20 деталей время нагрева увеличим в на 50%

Время выдержки при температуре закалки зависит от химического состава стали, размера садки, среды нагрева, определяется по справочным данным или экспериментальным путем.

Время выдержки при заданной температуре t_в можно упрощенно принять равным 1 мин для углеродистых сталей и 1,5 - 2 мин для легированных сталей на 1 мм характерного сечения.

t_в=2

t_общ = 54 + 2=56мин.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Общая продолжительность нагрева уточняется на практике.

Закалка деталей из стали 5ХНМ производится в масло.

Отпуск.

Температура отпуска на твердость 58-62HRC - 180° C, охлаждение на воздухе.

Низкий отпуск выполняется при температурах 80-250 °С с получением структуры в углеродистых, низко- или среднелегированных сталях отпущенного мартенсита и приводит к частичному снятию внутренних напряжений. Такой отпуск проводится для цементованных, нит- роцементованных закаленных деталей и после закалки т.в.ч., а также для деталей, которые должны иметь высокую твердость 50-54HRC.

Продолжительность нагрева при отпуске выбрана в соответствии со значением W. Для W=0.56 продолжительность нагрева составит 45 мин.

Термический цикл представлен в приложении

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

1.2.4.4 Контроль твердости

Твёрдостью материала называют способность оказывать сопротивление механическому проникновению в его поверхностный слой другого твёрдого тела. Для определения твёрдости в поверхность материала с определённой силой вдавливается тело (индентор), выполненное в виде стального шарика, алмазного конуса, пирамиды или иглы. По размерам получаемого на поверхности отпечатка судят о твёрдости материала. В зависимости от способа измерения твёрдости материала, количественно её характеризуют числом твёрдости по Бринелю (НВ), Роквеллу (HRC) или Виккерсу (HV)

Контроль твердости методом Роквелла проводится на двух-трех деталях от садки на торцевой стороне по ГОСТ 9013-59.

Ме́тод Рокве́лла является методом проверки твёрдости материалов. Из-за своей простоты этот метод является наиболее распространённым и основан на проникновении твёрдого наконечника в материал и измерении глубины проникновения.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

1.2.5.5 Выбор технологического оборудования

Выбор технологического оборудования зависит от типа производства.

Характеристика типа производства.

По конверсионным технологиям изготавливается широкий спектр товаров народного потребления.

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАБОТЫ

Проектирование, конструирование, производство и модернизация спецтехники, гражданской продукции и товаров народного потребления:

· Бортовых устройств регистрации полетных данных самолетов и вертолетов

· Интегрированных систем встроенного контроля и предупреждения экипажа

· Эксплуатационных бортовых накопителей полетной информации самолетов и вертолетов

· Аварийных бортовых накопителей полетной информации (черных ящиков)

Блоков управления и регулирования систем самолетов гражданской авиации

· Электронных блоков, усилителей, преобразователей, модулей и согласующих устройств, реле времени

· Контрольно-записывающей аппаратуры

· Наземных систем обслуживания и обработки информации бортовых накопителей

· Микросборок аэрокосмического назначения

· Многофункциональных подвижных узлов связи на базе современных автотранспортных средств

· Конструкций сейсмозащитных устройств

· Печатных плат всех типов и видов, включая многослойные 4,5-го класса

· Трансформаторов и дросселей

· Широкого спектра гражданской продукции и товаров народного потребления.

Программа выпуска изделий характеризуется большим разнообразием номенклатуры и сравнительно небольшими заказываемыми партиями, т.е

Производство относится к среднесерийному типу, поэтому оборудование для термообработки должно быть универсальным.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

Закалку целесообразно проводить в вакуумной печи, так как деталь поступает на термическую обработку с чистовыми размерами. Для мелко- серийного производства необходимо выбирать универсальное оборудование, таким может быть выбранная мною вакуумная камерная автоматизированная печь (см.приложение 3) с закалкой на масло.

Вакуумные печи – это печи, которые предназначены для проведения термообработки в вакууме и/или в безокислительной атмосфере.

Вакуумная печь это универсальный инструмент, в котором можно проводить практически любой вид термообработки: Газовая закалка,отпуск, цементация, нитроцементация, карбонитрирование, отжиг, вакуумная пайка, плазменное нитрирование, спекание керамики, спекание порошков металлов, дегазацию при литье и многое другое.

Основными преимуществами проведения термообработки в вакууме являются:

· Сведение к минимуму коробление и изменение размеров;

· Стабильное получение качества термообработки (повторяемость результата);

· Однородность свойств по сечению;

· Контроль и предсказуемость результатов;

· Получение оптимальной твердости;

· Получение блестящей и чистой поверхности деталей, с отсутствием необходимости последующей дорогостоящей механической обработки;

Основным элементом вакуумной печи является камера нагрева, которая представляет собой герметичный сосуд с подсоединенной к нему системой вакуумных насосов, создающих и поддерживающих вакуум на уровне от 10 мм.рт.ст до 10^-6 мм.рт.ст. Вакуумные печи конструктивно могут быть ретортные, где нагревательные элементы и термоизоляция расположены с наружи камеры и классические камерные вакуумные печи, где нагревательные элементы, термоизоляция, все механизмы и узлы расположены внутри камеры нагрева с двойными водоохлаждаемыми стенками. В такой классической компоновке вакуумной печи достигается глубокий вакуум и высокие температуры, до 2500 °С и выше.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

Наиболее распространены такие типы вакуумных печей как камерные вакуумные печи, шахтные вакуумные печи и колпаковые вакуумные печи.

Вакуумные печи применяют для изготовления изделий для авиакосмической отрасли, медицины, машиностроении, автомобилестроении, металлургии, электронной промышленности, химической промышленности, их применяют для спекания керамики и металлических порошков.

Вакуумный метод нагрева применяют взамен нагрева в защитных газовых атмосферах и нагрева в расплавах солей. Широко ведутся работы по использованию вакуумных печей для химико-термической обработки (цементации, азотирования).

Применение нагрева в вакууме по сравнению с нагревом в печах с защитной атмосферой уменьшает затраты, связанные с приготовлением защитных атмосфер, сокращением производственных площадей (до 50%) и количества обслуживающего персонала.

Вакуумные печи выполняются конструктивно как камерными садочного типа, так и проходными, шахтными, элеваторными, с выкатиыми тележками. Причем ряд конструкций печей представляет возможность закалки деталей как в потоке инертного газа (аргон, азот и т. п.), так и в закалочном масле.

У камерных печей торцовая стенка (тарельчатого вида) одновременно является дверцей, закрывающей загрузочное окно с первоначальным уплотнением

Дверца открывается по радиусу или поднимается или откатывается

обеспечивая свободный доступ как для загрузки садки, так и для контроля какамеры нагрева.

Вакуумные печи работают в автоматическом режиме с регистрирующими приборами управления.

Одна из сложнейших проблем термической обработки в вакуумных печах —охлаждение — решена благодаря разработке печей с принудительным газовым или масляным охлаждением. Такие печи оснащены двумя приводами. Один привод перемещает загрузочный стол в камере нагрева, второй перемещает стол закалочной ванны. Наличие отдельных приводов

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

(загрузчиков) обеспечивает то, что загрузочный стол ие погружается в масляную ванну. Это препятствует короблению закалочного стола, а также загрязнению внутренней полости печи парами масла. Для охлаждения и сокращения содержания масляных паров как в масляной ванне, так и в газовой среде в камере монтируются вентиляторы,обеспечивающие направленный поток.

Ввиду того, что закалочное масло находится под влиянием пониженного давления, применяют лишь стойкие против испарения сорта масла

Выбранное приспособление.

Для детали вставка из стали 5ХНМ я выбираю приспособление типа «этажерка»

Эскиз приспособления представлен в приложении 4.

Заключение.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

Результатом курсового проекта является типовой технологический процесс термической обработки деталей из стали 5ХНМ, который может быть применен на многих предприятиях металлообрабатывающей промышленности. В процессе проектирования были решены следущие задачи:

изучены теоретические основы термической обработки заданного материала;

- проанализирована конструкция детали, дана оценка ее технологичности;

- разработан типовой технологический процесс термической обработки, в котором отражены последовательность и содержание технологических операций, назначение и расчет режимов обработки;

- дан обоснованный выбор основного и вспомогательного оборудования, обеспечивающего получение требуемых характеристик детали;

- дан выбор средств технологического оснащения (в том числе средств контроля и испытания);

- разработан типовой технологический процесс термической обработки деталей из стали 5ХНМ в программе «Спрут-ТП»

Приложение 1

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

Чертеж детали

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

Приложение 2

Выбранное оборудование.

Вакуумная автоматизированная камерная печь.

1.Крыльчатка с двигателем для перемешивания масла.

2.Закалочный стол с подъемником.

3.Закалочный бак.

4.Толкатель.

5.Термопара.

6.Глазок.

7.Заслонка с вакумным затвором.

8.Вентилятор.

9.Принудительное охлаждение газом.

Продолжение приложения 3.

10.Заслонка камеры нагрева.

Продолжение приложения 2

11.Камера нагрева.

12.Теплоизолиция камеры нагрева.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

13.Вакумный клапн.

14.Нагревательный элемент.

15.Вакумный насос.

16.Под печи.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

Приложение 4.

Выбранное приспособление.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

Приложение 3

Термический цикл

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Список используемой литературы.

Основная литература

1. Лахтин Ю.М., Рахштадт А.Г. Термическая обработка в машиностроении.

Справочник. Машиностроение, 1980 г., 783 с.

2. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов.

Издание 3-е, переработанное и дополненное. Учебник для студентов

металлургических специальностей вузов. Металлургия 1983 г.

Дополнительные источники:

1. Гуляев А.П. Металловедение Учебник для вузов. 6-е изд., перераб. и доп.

Металлургия, 1986. 544 с.

2. Адаскин А.М., Зуев В.М. Материаловедение. Учебное пособие для проф. образования.

Издательский центр «Академия», 2013 г.,

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

СОДЕРЖАНИЕ

1. Пояснительная записка

1.1. Введение………………………………………………………..….… 3

1.2. Аналитическая часть………………………………………………… 5

1.2.1. Теоретические основы разрабатываемой темы………………….. 5

1.2.2. Характеристика материала детали…………………………………..6

1.2.3. Анализ конструкции детали и оценка ее технологичности……….9

1.2.4. Разработка технологического процесса термической

обработки…………………………………………………………….13

1.2.3.1. Предварительная термическая обработка…………………….13

1.2.3.2. Закалка…………………………………………………………..14

1.2.3.3. Отпуск…………………………………………………………. 18

1.2.3.4. Контроль твердости…………………………………………….19

1.2.4. Выбор технологического оборудования…………………………...20

1.3. Заключение……………………………………………………………21

Список используемой литературы…………………………………..25

Приложение 1. Чертеж детали……………………………………….26

Приложение 2. Выбранное оборудование………………………….27

Приложение 3. Термический цикл………………………………….29

Приложение 4 Выбранное приспособление……………………….30

2. Комплект документов типового технологического процесса термической обработки деталей из стали 5ХНМ, выполненног с использованием программы «СПРУТ-ТП»